【Linux】：程序替换

原创

于 2024-07-09 11:26:49 发布 · 1.4k 阅读

27 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#linux #程序替换

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关Linux程序替换的相关知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

C 语言专栏：C语言：从入门到精通

数据结构专栏：数据结构

个人主页：stackY、

C + + 专栏：C++

Linux 专栏：Linux

1. 程序替换

我们创建的所有子进程，执行的代码都是父进程代码的一部分！那么如果我们想让子进程执行新的程序呢？执行全新的代码和访问全新的数据，不再和父进程有所瓜葛，那么就需要用到程序替换。

这么多程序替换的函数调用，到底该怎么样用呢？我们直接开始使用：

2. 单进程的程序替换

为了便于理解，我们先从单进程的程序替换开始：
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
先来看最简单的程序替换接口，其中里面的三个点表示的意思就是可变参数，使用的方法和我们的printf函数中的可变参数一样；

我们程序要能运行起来，第一步先要找到这个程序，第二部如何运行。

const char* path表示：新程序的文件路径 + 文件名；

const char *arg表示：这个程序怎么运行（简单的说我们在命令行怎么输就怎么写，最终以NULL结尾）。

返回值：成功没有返回值，失败返回-1。

我们先来演示一遍：让ls命令替换掉我们写的可执行

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

int main()
{
    printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
    sleep(3);
    // 程序替换
    execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
    printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());

    return 0;
}

通过结果可以发现，我们通过execl成功完成了程序替换，但是代码中的最后一行代码为什么没有打印出来呢？这个到后续再解释！

2.1 单进程程序替换的原理

我们已经完成了单进程的程序替换，那么它的原理是什么呢？

当一个进程运行起来时，OS会为它创建PCB、虚拟地址空间、页表，将它的代码、数据加载到物理内存中，并且然后通过页表建立起虚拟到物理的映射关系；当进行程序替换时，execl就将要替换的程序代码和数据直接在物理内存中替换覆盖掉，此时原来的代码和数据就会被新替换的代码和数据覆盖掉，继续向后执行也就执行的新程序的代码和数据，这个过程中并没有创建新的进程。

3. 多进程的程序替换

见识过单进程的程序替换以及程序替换的原理，接下来替换一下多进程：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        // child
        printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
        sleep(3);
        // 程序替换
        execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
        printf("pid: %d, exec command begin\n", getpid());
    }
    // parent
    pid_t rid = waitpid(id, NULL, 0);
    if(rid == id)
    {
        printf("wait success, rid: %d\n", rid);
    }

    return 0;
}

3.1 多进程程序替换原理

首先，进程具有独立性，其次我们都知道，父子进程代码共享，数据以写时拷贝的方式各自私有一份，那么在程序替换的时候，把子进程的数据替换这没问题，因为父子数据各自私有，但是将代码替换，这就有点不能忍了，父子进程代码共享，既然子进程都执行的是替换后的代码，为什么父进程在程序替换的时候还是继续执行他自己代码呢？

是因为在多进程的程序替换时，当子进程启动程序替换覆盖它们的共享代码时，也会发生写时拷贝的方式，重新开辟一块空间，然后进行替换写入，这样父子进程的代码就不共享，子进程继续执行它替换后的代码，父进程继续执行自己的代码。

在替换完之后，子进程怎么知道从新程序的哪里开始执行呢？

我们的代码在编译形成可执行程序的时候会有一个程序入口地址--entry地址；

CPU内部的eip寄存器可以记录我们程序当前运行到哪里了，所以当程序替换之后，新程序的eip程序计数器就被修改为entry地址，所以就可以重新开始运行了。