【Linux】程序替换

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💖程序替换的概念

目前，我们执行的子进程，都只能让子进程执行父进程的代码。那么我们想要让 子进程去执行一个全新的进程，那么这就是程序替换。 程序替换不会再创建新的进程，仅仅只是修改子进程的代码和数据。

💖程序替换的原理

进程替换的本质就是，替换代码和数据！ 我们都知道子进程会继承父进程的代码和数据，而如果子进程的数据发生修改。那么父进程会写实拷贝一份数据，然后把拷贝的数据交给子进程。

而程序替换的本质，就是替换子进程的代码和数据！随后再更新一下页表的一些数据即可，也就是说，不用去修改PCB！只需要替换页表映射数据和代码的物理内存即可！ 把子进程的代码和数据替换成全新进程的代码和数据，那么全新进程从哪里获取呢？ 全新进程是从磁盘上获取的！然后把子进程的代码和数据替换成全新进程的即可。

但是，数据发生修改时进行了写实拷贝。但是子进程和父进程的代码是共享的！如果这样直接替换，那么父进程的代码不也被替换掉 ？所以：在正常情况下，子进程和父进程共用同一段代码！但是如果子进程发生了程序替换。那么父进程的代码同样会写实拷贝一份！因为进程之间是相互独立的。

所以正确的情况应该是如下图这样：

当然。页表也会进行调整。

💖进程替换函数

我们知道了进程替换是什么，进程替换的原理。那么怎么实际运用到我们的代码上呢？那么我们就需要介绍一些exce替换函数。

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数 以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动 例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。

而我们exce替换函数有七种，其中有一种是系统调用。所以我们这里只介绍六种。

#include <unistd.h>`
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

函数解释

• 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
• 如果调用出错则返回-1
• 所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。

函数命名规律

这些函数看起来好复杂好难记，其实是有规律的。

• (list) : 表示参数采用列表
• v(vector) 参数用数组
• p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
• e(env) : 表示自己维护环境变量

函数名	参数格式	是否带路径	是否使用当前环境变量
execl	列表	不是	是
execlp	列表	是	是
execle	列表	不是	不是，需要自己组装环境变量
execv	数组	不是	是
execvp	数组	是	是
execve	数组	不是	不是，需要自己组装环境变量

接下来我们依次演示这6个函数。

execl

int execl(const char *path, const char *arg, …)。第一个参数传的是文件所在路径，第二个是一个可变参数列表。根据的在命令行学的命令挨个填。

比如你想程序执行 ls -a -1，你只需要：

execl "文件路径","命令1","命令2" ..... NULL

我们写一个myload程序演示一瞎。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>


int main()
{
  unsigned int pid = fork();
  if(pid == 0)
  {
    //child
    printf("i am child\n");
    execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-1",NULL);//execl "文件路径","命令1","命令2" .....NULL
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    exit(0);//如果execl调用失败，那么子进程直接终止。
  }
  sleep(1);
  printf("i am father\n");

  return 0;
}

然后我们运行一下这个程序。

我们可以发现子进程并没有打印下列一大串的hhhhhhhhhhhhhhh。因为子进程的代码已经被替换成ls的代码了。

execlp

execlp 和 execl 可以说百分之95的相似度了。知识execlp可以不用带全路径，只要是存在在环境变量中的，就可以直接输入命令找到环境变量。

代码演示：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>


int main()
{
  unsigned int pid = fork();
  if(pid == 0)
  {
    //child
    printf("i am child\n");
    execl("ls","ls","-a","-1",NULL);//execl "环境变量","命令1","命令2" .....NULL
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    exit(0);//如果execl调用失败，那么子进程直接终止。
  }
  sleep(1);
  printf("i am father\n");

  return 0;
}

结果还是一样

注意，一定是要是环境变量中的。否则无法找到对应的路径。

execle

这个需要自己组装环境变量，那么我们再写一个myexe.c的程序。

#include<stdio.h>


int main()
{
  //就遍历一下环境变量
  extern char ** environ;
  int i = 0;
  while(environ[i])
  {
    printf("%s\n",environ[i]);
    ++i;
  }

  return 0;
}

这个程序很简单，就是打印一下环境变量。

然后我们运行这个程序

我们可以发现，它打印了所有的环境变量，那么我们再来修改一下我们的 myload文件。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>


int main()
{
  unsigned int pid = fork();
  if(pid == 0)
  {
    //child
    printf("i am child\n");
    char *env[] = 
    {
      "A = AAAAAAAAAAAAAAAAA",
      "B = BBBBBBBBBBBBBBBBB",
      "C = CCCCCCCCCCCCCCCCC",
      NULL 
    };  
    execle("./myexe","myexe",NULL,env);//传自己组装的环境变量
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    exit(0);
  }
  sleep(1);
  printf("i am father\n");

  return 0;
}

这时候我们运行myload试试。

这时候我们的子进程就打印了父进程组装的环境变量。

execv

而v则代表数组，也就是说传一个数组进去。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>


int main()
{
  unsigned int pid = fork();
  if(pid == 0)
  {
    //child
    printf("i am child\n");
    char *avg[] = 
    {
      "ls","-a","-1",NULL 
    };//命令数组

    execv("/usr/bin/ls",avg);//传数组进去

 
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    exit(0);
  }
  sleep(1);
  printf("i am father\n");

  return 0;
}

execvp

和execlp一样，只不过把列表换成数组。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>


int main()
{
  unsigned int pid = fork();
  if(pid == 0)
  {
    //child
    printf("i am child\n");
    char *avg[] = 
    {
      "ls","-a","-1",NULL 
    };
    execvp("ls",avg);//传一个数组
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    exit(0);
  }
  sleep(1);
  printf("i am father\n");

  return 0;
}

execve

同理，和execle一样，只不过列表变成了数组传递。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>


int main()
{
  unsigned int pid = fork();
  if(pid == 0)
  {
    //child
    printf("i am child\n");
    char *env[] = 
    {
      "A = AAAAAAAAAAAAAAAAA",
      "B = BBBBBBBBBBBBBBBBB",
      "C = CCCCCCCCCCCCCCCCC",
        NULL 
    };

    char *avg[] = 
    {
      "myexe",NULL 
    };
    execve("/myexe",avg,env);
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    exit(0);
  }
  sleep(1);
  printf("i am father\n");

  return 0;
}

以内建方式进行运行！

不创建子进程，让父进程自己执行

chdir
{
      "myexe",NULL 
    };
    execve("/myexe",avg,env);
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    printf("hhhhhhhhhhhhhh\n");
    exit(0);
  }
  sleep(1);
  printf("i am father\n");

  return 0;
}