Linux下进程的建立并附Linux exec函数族

最新推荐文章于 2021-09-01 21:06:05 发布

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本文详细介绍了Linux系统中进程的创建和管理方法，重点讲解了fork()和exec()函数族的使用方式及其组合应用，通过示例代码帮助读者理解如何在实践中运用这些函数。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

我们都知道，进程就是正在执行的程序。而在Linux中，可以使用一个进程来创建另外一个进程。这样的话，Linux的进程的组织结构其实有点像Linux目录树，是个层次结构的,可以使用pstree命令来查看。在最上面是init程序的执行进程。它是所有进程的老祖宗。Linux提供了两个函数来创建进程。

1.fork()

fork()提供了创建进程的基本操作，可以说它是Linux系统多任务的基础。该函数在unistd.h库中声明。

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main()

{

printf("创建进程前\n" );

pid_tpid = fork();

if(!pid ){

printf("我是子进程哟,我的PID是：%d\n" ,getpid() );

}elseif( pid>0 ){

printf("我是父进程，我的PID是：%d，我的子进程PID是：%d\n",getpid(),pid );

}else{

printf("创建进程失败了哟\n" );

exit(1);

}

return1;

}

在调用fork()之前，只有一个进程，但是fork()之后，将产生一个该进程的子进程，该子进程完全复制父进程，此时父子两个进程同时运行。在fork()的时候，如果返回的是0，则说明该进程是子进程。如果返回大于0则说明是父进程。如果小于0（其实是-1），则说明创建进程失败了。

每个进程都有一个唯一标示符，即PID，可以使用getpid()来获取。父进程返回的pid其实是子进程的pid。

貌似这样看，fork()之后也没有什么作用。其实不然，如果fork()之后跟其他linux功能使用，还是用处很大的。比如我们可以在父子进程中通过通信协议来通信，就可以协同完成一些任务了。

2.exec系列函数

如果只有fork()，肯定是不完美的，因为fork()只能参数一个父进程的副本。而exec系列函数则可以帮助我们建立一个全新的新进程。

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[]);

以上函数在unistd.h声明。

下面我们以execl()函数为例：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main()

{

execl("/bin/ls","ls","-l",NULL);

printf("如果execl执行失败，这个就会打印出来了\n");

return1;

}该程序运行到execle()时，载入ls程序，并且覆盖当前程序的空间。这样就参数了一个新的进程，但是注意，这个新进程的PID跟载入它的进程是一样的。

3.fork()和exec()一起调用

fork()可以创建子进程，但是子进程只是父进程的副本。我们可以利用exec()函数在子进程来重新载入一个全新的进程。下面看一个两个函数联用的列子。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

int main()

{

pid_tpid = fork();

switch(pid )

{

case0:

printf("子进程\n");

execl("/bin/ls","ls","-l",NULL);

case-1:

printf("fork失败了\n");

exit(1);

default:

wait(NULL);

printf("完成了哟！\n");

exit(0);

}

首先，fork建立子进程，然后在子进程中使用execl()产生一个ls程序的进程。而父进程则调用wait()来等待，直到子进程调用结束。

附录：
说是exec系统调用，实际上在Linux中，并不存在一个exec()的函数形式，exec指的是一组函数，一共有6个，分别是：

#include<unistd.h>
extern char **environ;
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 execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

其中只有execve是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。

exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。

与一般情况不同，exec函数族的函数执行成功后不会返回，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只留下进程ID等一些表面上的信息仍保持原样，颇有些神似”三十六计”中的”金蝉脱壳”。看上去还是旧的躯壳，却已经注入了新的灵魂。只有调用失败了，它们才会返回一个-1，从原程序的调用点接着往下执行。

现在我们应该明白了，Linux下是如何执行新程序的，每当有进程认为自己不能为系统和拥护做出任何贡献了，他就可以发挥最后一点余热，调用任何一个exec，让自己以新的面貌重生；或者，更普遍的情况是，如果一个进程想执行另一个程序，它就可以fork出一个新进程，然后调用任何一个exec，这样看起来就好像通过执行应用程序而产生了一个新进程一样。

事实上第二种情况被应用得如此普遍，以至于Linux专门为其作了优化，我们已经知道，fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子进程中去，这些拷贝的动作很消耗时间，而如果fork完之后我们马上就调用exec，这些辛辛苦苦拷贝来的东西又会被立刻抹掉，这看起来非常不划算，于是人们设计了一种”写时拷贝（copy-on-write）”技术，使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容，而是到了真正实用的时候才复制，这样如果下一条语句是exec，它就不会白白作无用功了，也就提高了效率。

返回值
如果执行成功则函数不会返回，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno 中。

大家在平时的编程中，如果用到了exec函数族，一定记得要加错误判断语句。因为与其他系统调用比起来，exec很容易受伤，被执行文件的位置，权限等很多因素都能导致该调用的失败。最常见的错误是：
1.找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT；
2.数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT；
3.没有对要执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。

l表示以参数列表的形式调用

v表示以参数数组的方式调用

e表示可传递环境变量

p表示PATH中搜索执行的文件，如果给出的不是绝对路径就会去PATH搜索相应名字的文件，如PATH没有设置，则会默认在/bin,/usr/bin下搜索。

另：调用时参数必须以NULL结束。原进程打开的文件描述符是不会在exec中关闭的，除非用fcntl设置它们的“执行时关闭标志（close on exec）”而原进程打开的目录流都将在新进程中关闭。

例子：

#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
char *envp[]={“PATH=/tmp”, “USER=lei”, “STATUS=testing”, NULL};
char *argv_execv[]={“echo”, “excuted by execv”, NULL};
char *argv_execvp[]={“echo”, “executed by execvp”, NULL};
char *argv_execve[]={“env”, NULL};
if(fork()==0) {
if(execl(“/bin/echo”, “echo”, “executed by execl”, NULL)<0)
perror(“Err on execl”);
}
if(fork()==0) {
if(execlp(“echo”, “echo”, “executed by execlp”, NULL)<0)
perror(“Err on execlp”);
}
if(fork()==0) {
if(execle(“/usr/bin/env”, “env”, NULL, envp)<0)
perror(“Err on execle”);
}
if(fork()==0) {
if(execv(“/bin/echo”, argv_execv)<0)
perror(“Err on execv”);
}
if(fork()==0) {
if(execvp(“echo”, argv_execvp)<0)
perror(“Err on execvp”);
}
if(fork()==0) {
if(execve(“/usr/bin/env”, argv_execve, envp)<0)
perror(“Err on execve”);
}
}