Linux：进程终止和进程替换

一、进程终止

1.1 进程退出场景和创建退出方式

 进程退出有3种场景：代码执行完毕，结果正确；代码执行完毕，结果错误；代码异常终止！

 而进程退出的常见方式主要分为以下两大类：

正常终止
	从main返回
	调用exit退出
	调用_exit退出
异常终止	ctrl c, 信号终止

1.2 exit 和 _exit区别

  exit 和 _exit都可以直接终止进程。但_exit是系统调用接口，而exit为函数调用，底层封装了exit。
 不同的是，exit终止进程时，会刷新缓冲区，执行用户的清理函数，关闭流等操作；而_exit则是直接“粗暴”的退出进程，不做任何其他工作！！

二、进程程序替换

 fork()创建子进程时，子进程执行的代码和数据都是父进程的一部分。如果我们想让子进程执行全新的代码，访问全新的数据，我们可以采用一种技术 —— 程序替换！而进程替换可以将命令行参数和环境变量传递给被替换程序的main()函数参数！！

2.1 进程替换函数

 进程替换函数有6种以exec开头的函数，统称为exec函数。

 #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[]);
 int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

 而exec函数底层都封装了系统调用接口execve的疯转，以实现不同的需求！

 #include <unistd.h>

 int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

2.2 函数解释及命名解释

函数解释

1. 如果这些函数调用成功，也就意味着进程替换成功。此时重新加载新的程序，从启动代码开始执行，并且不再返回。即进程替换后，执行新程序，执行完后直接退出！！
2. 如果进程替换函数执行失败，此时返回值设为-1。
3. exec函数只有出错的返回值，没有成功的返回值。

命名解释

• l(list)：参数采用列表形式。
• v(vector)：参数采用数组。
• p(path)：带p表示执行程序时，OS会自带去环境变量PATH中查找路径。
• e(env)：表示自己维护环境变量。

2.3 单进程程序替换（无子进程）

2.3.1 带l函数进程替换（execl为例）

 下面我们在一段代码的开头和结尾分别输出打印相关信息，然后两段信息输出代码直接调用execl替换ls -a-l。

【源代码】：

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


int main()
{
    printf("pid: %d, ecec command begin!\n", getpid());
    
    //进程替换，执行ls指令相关程序
    execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
    
    printf("pid: %d, ecec command end!\n", getpid());

    return 0;
}

【运行结果】：

【函数参数原型解释】：

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---

2.3.2 带`p‘函数进程替换（execlp为例）

【源代码】：(头文件省略)

int main()
{
    printf("pid: %d, ecec command begin!\n", getpid());
    execlp("pwd", "pwd", NULL);
    printf("pid: %d, ecec command end!\n", getpid());
    return 0;
}

【运行结果】：

【函数参数原型解释】：

2.3.3 execv、execvp替换函数应用实例

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


int main()
{
    char *const argv[] = {
        "ls",
        "-l",
        "-a",
        NULL
    };
    printf("pid: %d, ecec command begin!\n", getpid());、
    // 和execl、execlv类似，只不过下面函数时通过指针数组的方式，指明替换程序的执行方式！！
    execv("/usr/bin/ls", argv);
    execvp("ls", argv);
    
    printf("pid: %d, ecec command end!\n", getpid());

    return 0;
}

2.4 进程替换其他程序，调用运行其他语言程序

 上述所有的程序替换都是替换系统指令程序，那如何替换自己写的程序。
 下面我们在c程序中创建子进程，让子进程发送进程替换一段c++可执行程序，并且父进程等待子进程！！

【待替换C++程序】：

#include <iostream>

int main()
{
	std::cout << "hello c++!" << std::endl;
    std::cout << "hello c++!" << std::endl;
    std::cout << "hello c++!" << std::endl;
    return 0;
}

【主代码C程序】：

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

extern char **environ;

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        printf("pid: %d, ecec command begin!\n", getpid());
     	execl("./mytest", "mytest");//替换C++程序
     	//替换失败，执行下面代码
        printf("pid: %d, ecec command end!\n", getpid());
        exit(1);
    }
   
    pid_t rid = waitpid(-1, NULL, 0);
    if(rid == id)
    {
        printf("wait pid: %d success!!!\n", rid);
    }
    return 0;
}

【运行结果】：

• 为啥在c程序中，可以直接替换c++程序？根本原因在于exec函数发生的是进程替换，任何语言程序一旦运行起来就变成了进程，便可发生进程替换。系统大于一切！！

三、进程替换时环境变量的继承

3.1 进程替换时，子进程环境变量由来

 环境变量是数据，所有可以通过地址空间实现父子间通过写时拷贝的方式共享数据 —— 环境变量。所以当通过exec函数进行进程替换时，子进程的环境变量是直接从父进程来的。

3.2 为何父子进程间环境变量的继承不受进程替换的影响

 父进程和子进程间通过写时拷贝的方式，让环境变量别子进程继承，从而实现环境变量的全局性！但为何调用exec函数进行进程替换后，环境变量没有发生修改，变为被替换程序的环境变量？

 原因很简单，程序替换，只替换新程序的代码和数据，环境变量不会被替换！！

3.3 子进程获取环境变量的3种方式

1. 操作系统直接将环境变量传递给子进程，子进程直接用。或者直接通过execle、execvpe的最后一个参数直接传递给子进程！

【实例】：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
extern char **environ;

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        execle("./mytest", "mytest", NULL, environ);//进程替换，直接将environ传递给子进程
        exit(1);
    }
   
    pid_t rid = waitpid(-1, NULL, 0);
    if(rid == id)
    {
        printf("wait pid: %d success!!!\n", rid);
    }
    return 0;
}

2. 直接构造自己的环境变量表传递给子进程。

【实例】：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
extern char **environ;

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        execle("./mytest", "mytest", NULL, environ);//进程替换，直接将environ传递给子进程
        exit(1);
    }
   
    pid_t rid = waitpid(-1, NULL, 0);
    if(rid == id)
    {
      	char *const envp[] = {
         	"MYENV1 = 111111111111111111",
        	"MYENV2 = 111111111111111111",
        	"MYENV3 = 111111111111111111",
       		 NULL
    	};
        execle("./mytest", "mytest", NULL, envp);//直接将自己构造的函数变量表envp传递给子进程
     }
    return 0;
}

3. 借助putenv()，新增环境变量给父进程然后传递给子进程

【实例】：

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

extern char **environ;

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        char *myenv = "MYENV = 111111111111111111";
        putenv(myenv);//将环境变量MYENV添加到父进程环境变量表中
        
        execl("./mytest", "mytest");//直接传递给子进程
        exit(1);
    }
   
    pid_t rid = waitpid(-1, NULL, 0);
    if(rid == id)
    {
        printf("wait pid: %d success!!!\n", rid);
    }
    return 0;
}