execve函数详解及应用
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1. 概述
在 Linux 进程控制中，exec 函数族用于替换当前进程的映像，即用新的程序替换当前正在运行的程序，简单来说就是使进程执行另一段程序。exec家族一共有6个函数分别是execl()、execlp()、execle()、execv()、execvp()、execvpe()，他们包含在unistd.h当中，函数声明如下：
/* 替换当前进程，使用参数 ARGV 和环境变量 ENVP 执行 PATH。
ARGV 和 ENVP 以 NULL 指针结束。*/
extern int execve (const char *__path, char *const __argv[],
char *const __envp[]) __THROW __nonnull ((1, 2));
#ifdef __USE_XOPEN2K8
/* 执行 FD 引用的文件，覆盖正在运行的程序映像。
ARGV 和 ENVP 会传递给新程序，如同 `execve`。*/
extern int fexecve (int __fd, char *const __argv[], char *const __envp[])
__THROW __nonnull ((2));
#endif
/* 使用参数 ARGV 和来自 `environ` 的环境变量执行 PATH。*/
extern int execv (const char *__path, char *const __argv[])
__THROW __nonnull ((1, 2));
/* 执行 PATH，使用 PATH 后的所有参数直到 NULL 指针，
以及该指针后的参数作为环境变量。*/
extern int execle (const char *__path, const char *__arg, ...)
__THROW __nonnull ((1, 2));
/* 执行 PATH，使用 PATH 后的所有参数直到 NULL 指针，
以及来自 `environ` 的环境变量。*/
extern int execl (const char *__path, const char *__arg, ...)
__THROW __nonnull ((1, 2));
/* 执行 FILE，如果文件名不包含斜杠则在 `PATH` 环境变量中搜索，
使用参数 ARGV 和来自 `environ` 的环境变量。*/
extern int execvp (const char *__file, char *const __argv[])
__THROW __nonnull ((1, 2));
/* 执行 FILE，如果文件名不包含斜杠则在 `PATH` 环境变量中搜索，
使用 FILE 后的所有参数直到 NULL 指针和来自 `environ` 的环境变量。*/
extern int execlp (const char *__file, const char *__arg, ...)
__THROW __nonnull ((1, 2));
#ifdef __USE_GNU
/* 执行 FILE，如果文件名不包含斜杠则在 `PATH` 环境变量中搜索，
使用参数 ARGV 和来自 `environ` 的环境变量。*/
extern int execvpe (const char *__file, char *const __argv[],
char *const __envp[])
__THROW __nonnull ((1, 2));
#endif参数：
- path和file分别表示要执行的程序所包含的路径和文件名。
- arg为参数序列，中间用逗号分隔。
- argv为参数列表。
- envp为环境变量列表。
这里我们需要知道一点，上述所说的exec家族实际上都是execve函数的封装，其依赖关系可以参考下图：
exec函数执行的特点：
- exec把当前进程映像替换成新的程序文件，该进程完全由新程序代换，而且新程序从其main函数开始执行
- 因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段
- 如果exec函数执行成功，则原程序中的exec之后的代码都不会执行
- exec函数不会关闭原程序打开的文件描述符，除非该文件描述符被设置了类似SOCK_CLOEXEC的属性
只有execve函数是真正意义上的系统调用，其他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，并且它来取代调用进程内容，即exec系列不创建进程，被调用者成为当前进程，同时清除了调用进程，下面我们来使用一下。
2. 执行简单的ls命令
开始先简单使用一下，我们重新创建一个文件命名为execve_example，在此文件夹下创建.c文件，如execve_ls.c，然后编写代码：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
/**
* exec系列函数 父进程跳转进入一个新进程
* int execve (const char *__path, char *const __argv[], char *const __envp[])
*
* char *__path: 需要执行程序的完整路径名
* char *const __argv[]: 指向字符串数组的指针 需要传入多个参数
* (1) 需要执行的程序命令(同*__path)
* (2) 执行程序需要传入的参数
* (3) 最后一个参数必须是NULL
* char *const __envp[]: 指向字符串数组的指针 需要传入多个环境变量参数
* (1) 环境变量参数 固定格式 key=value
* (2) 最后一个参数必须是NULL
* return: 成功就回不来了 下面的代码都没有意义
失败返回-1
*/
char *argv[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};
char *envp[] = {"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin:/home/dky:/snap/bin:/opt/linux-devkit/bin:/home/dky", NULL};
printf("准备执行 ls -l -a...\n");
execve("/bin/ls", argv, envp);
// 如果执行到这里，说明 execve 失败了
perror("execve 失败");
return 1;
}对于envp需要获取的环境变量，实际上如下即可：
char *envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=xterm", NULL};至于为什么我们写这么长，主要是，如果你不知道需要哪些环境变量，直接终端输入echo $PATH查询系统PATH环境变量，将所有的都输入：
对于大多数程序，只需要这些基本环境变量：
char *minimal_envp[] = {
"PATH=/bin:/usr/bin", // 命令搜索路径
"TERM=xterm", // 终端类型
"HOME=/home/username", // 家目录
"USER=username", // 用户名
"PWD=/current/directory", // 当前目录
"SHELL=/bin/bash", // 默认shell
NULL
};然后编写Makefile方便运行代码：
cc := gcc
execve_ls : execve_ls.c
-$(cc) -o $@ $^
-./$@
-rm ./$@
运行一下看看：
来终端看一下，注意终端没有打印出execve_ls文件，那是因为我们在Makefile运行ls -al的时候还没调用rm删除execve_ls，而我们运行完去终端在输入命令查看时，此时已经调用rm删除过了：
拓展：查看当前环境变量
如果想查看全部环境变量，可以通过env命令查看：
如果想查看某一个或者几个，可以进行如下操作：
env | grep -E '^(PATH|HOME)'
对于Linux常用命令的使用这里不在一一介绍，想要详细了解可以参考：
这里解释一下功能，我们上面也演示了，通过 env 打印当前系统的所有环境变量，然后通过管道 | 将 env 的输出作为 grep 的输入，grep 进行文本搜索，通过 ^ 保证值匹配行开头，避免变量值中包含这些词导致误匹配，进行匹配括号里的内容，这里需要注意加上 单引号‘’ 或者双引号“”括起来，否则Shell 会优先解析括号 ()，但 HOME|PATH 不是合法的 Shell 命令，Shell 会直接报错，不进行下面操作，如：
3. 程序跳转
我们可以创建两个程序，通过 execve 函数实现程序一执行程序二，注意这里不是创建新进程，而是用新程序替换当前进程，也就是说进程不会改变，我们来验证一下，首先我们来编写一个用来接受传递参数的代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
//argv至少有想要传递的路径，以及需要传递的参数
//因此argc不能小于2
if (argc < 2)
{
printf("传递参数不足，请重新修改参数\n");
return 1;
}
else
{
printf("接收到的参数为：%s\n当前进程号为:%d\n", argv[1], getpid());
}
return 0;
}拓展：C标准中的main函数声明
先来看一下无参形式的，通常情况下无参的形式如下两种：
int main();
int main(void);这两种形式都表示main函数不接收命令行参数。在C99标准之前，main函数没有参数的形式被写为int main()，这在某些情况下可能导致与int main(void)行为不完全相同的问题，因为int main()在老式的C语言标准中不明确指出函数是否接受参数。
从C99标准开始，推荐使用int main(void)明确指明main函数不接受任何参数，以提高代码的可读性和一致性。
对于有参形式，如我们上面编写的代码：
int main(int argc, char *argv[]);- argc：传递给程序的命令行参数的数量
- argv：指向字符串数组的指针，存储了命令行参数
对于argv通常情况下，argv[0]通常是程序的名称，argv[1]到argv[argc-1]是实际的命令行参数。
char *argv[] = {
"我是自定义程序名", // argv[0] - 可以任意设置
"参数1",
"参数2",
NULL
};下面编写，调用execve跳转程序传递参数的代码，为了便于观察我们先使用printf打印一下需要传递的参数和当前进程：
char *name = "canshu";
printf("\n将要传递的参数:%s\n当前的进程号:%d\n\n",name,getpid());然后编写需要传递的参数，我们上面了解到execve跳转，需要跳转路径，然后执行需要执行的程序命令以及程序需要传递的参数：
// 准备跳转到第二个程序
char *argv[] = {
"/home/dky/Linux_task/exec_example/execve_skip", // 要执行的程序路径
name, // 传递的参数
NULL // 参数结束标志
};
char *envs[] = {
"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin:/home/dky:/snap/bin:/opt/linux-devkit/bin:/home/dky",
NULL
};然后将数据写入，加一层判断，如果数据为传输出去打印错误：
int re = execve(argv[0], argv, envs);
// 如果execve成功，下面的代码不会执行
if (re == -1) {
printf("未将数据传递出去\n");
return -1;
}完整代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
char *name = "canshu";
printf("\n将要传递的参数:%s\n当前的进程号:%d\n\n",name,getpid());
/**
* exec系列函数 父进程跳转进入一个新进程
* int execve (const char *__path, char *const __argv[], char *const __envp[])
*
* char *__path: 需要执行程序的完整路径名
* char *const __argv[]: 指向字符串数组的指针 需要传入多个参数
* (1) 需要执行的程序命令(同*__path)
* (2) 执行程序需要传入的参数
* (3) 最后一个参数必须是NULL
* char *const __envp[]: 指向字符串数组的指针 需要传入多个环境变量参数
* (1) 环境变量参数 固定格式 key=value
* (2) 最后一个参数必须是NULL
* return: 成功就回不来了 下面的代码都没有意义
失败返回-1
*/
// 准备跳转到第二个程序
char *argv[] = {
"/home/dky/Linux_task/exec_example/execve_skip", // 要执行的程序路径
name, // 传递的参数
NULL // 参数结束标志
};
char *envs[] = {
"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin:/home/dky:/snap/bin:/opt/linux-devkit/bin:/home/dky",
NULL
};
// 关键操作：进程跳转
int re = execve(argv[0], argv, envs);
// 如果execve成功，下面的代码不会执行
if (re == -1) {
printf("未将数据传递出去\n");
return -1;
}
return 0;
}编写Makefile代码：
execve_fath: execve_fath.c execve_skip
-$(CC) -o $@ $<
-./$@
-rm ./$@ ./execve_skip编写完成，可以看到参数发生传递但是进程号并没有发生改变：
除此之外，我们还可以发下一点就是，我们并没有在make当中编写编译execve_skip.c的代码，但是为什么图上会出现编译其的代码呢？
那是因为make又一个非常强大的功能：自动推导。简单来说，我们编写：
execve_fath: execve_fath.c execve_skip表示 execve_fath 依赖于两个文件：execve_fath.c - 源代码文件和execve_skip - 可执行文件，但是 make 发现 execve_skip 文件不存在时，它会自动寻找生成这个文件的规则。
make不熟悉的可以查看：
当然为了代码的可读性，我们可以添加上：
execve_skip: execve_skip.c
$(CC) -o $@ $^
到这里我们先思考一个问题，我们知道如果exec函数执行成功，则原程序中的exec之后的代码都不会执行，那么如果这样我们直接写在一起不就好了，为什么要这样用，这里就需要拿出我们之前提到的fork函数，其可以创建一个子进程，这样我们fork() 负责复制进程，execve() 负责替换程序，两者结合是不是就可以实现了灵活的进程管理和程序执行。
fork不熟悉的可以参考：
4. execve和fork混合使用
这样就可以解决 fork 后无法执行新程序的问题：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
char *name = "father";
printf("\n父进程当前参数:%s\n当前的进程号:%d\n\n",name,getpid());
__pid_t pid = fork();
if(pid == -1)
{
printf("进程创建失败\n");
}
else if(pid == 0)
{
char *name = "son";
printf("\n子进程将要传递的参数:%s\n当前的进程号:%d\n\n",name,getpid());
// 准备跳转到第二个程序
char *argv[] = {
"/home/dky/Linux_task/exec_example/execve_skip", // 要执行的程序路径
name, // 传递的参数
NULL // 参数结束标志
};
char *envs[] = {
"PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin:/home/dky:/snap/bin:/opt/linux-devkit/bin:/home/dky",
NULL
};
// 关键操作：进程跳转
int re = execve(argv[0], argv, envs);
// 如果execve成功，下面的代码不会执行
if (re == -1) {
printf("未将数据传递出去\n");
return -1;
}
}
else
{
printf("父进程当前参数:%d",getpid());
}
return 0;
}
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