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Linux多任務編程(三) exec函數族及其基礎實驗

exec函數族

函數族說明

fork() 函數用於創建一個新的子進程,該子進程幾乎復制了父進程的全 部內容,但是,這個新創建的子進程如何執行呢?exec 函數族就提供了一個在進程中啟動另一個程序執行的 方法。它可以根據指定的文件名或目錄名找到可執行文件,並用它來取代原調用進程的數據段、代碼段和堆棧 段,在執行完之後,原調用進程的內容除了進程號外,其他全部被新的進程替換了。另外,這裡的可執行文件 既可以是二進制文件,也可以是Linux下任何可執行的腳本文件。

在 Linux 中使用exec函數族主要有 兩種情況:

當進程認為自己不能再為系統和用戶做出任何貢獻時,就可以調用 exec 函數族中的任意 一個函數讓自己重生。

如果一個進程想執行另一個程序,那麼它就可以調用 fork() 函數新建一個進 程,然後調用 exec 函數族中的任意一個函數,這樣看起來就像通過執行應用程序而產生了一個新進程(這種 情況非常普遍)。

函數族語法

實際上,在Linux中並沒有exec()函數,而是由6個以 exec 開頭 的函數,它們之間的語法有細微差別。下表列出了 exec 函數族的6個成員函數的語法:

這6個函數在函數名和使用語法的規則上都有細微的區別,下面就從可執行文件查找方式、參數傳遞方式和環 境變量這幾個方面進行比較。

查找方式:表1中的前4個函數的查找方式都是完整的文件目錄路徑,而 最後兩個函數(也就是以 p 結尾的兩個函數)可以只給出文件名,系統就會自動按照環境變量“$PATH” 所 指定的路徑進行查找。

參數傳遞方式:exec函數族的參數傳遞有兩種:一種是逐個列舉的方式,而另 一種則是將所有參數整體構造指針數組傳遞。在這裡是以函數名的第5位字母來區分的,字母為 "l"(list)的表示逐個列舉參數的方式,其語法為const char *arg;字母為“v”(vector)的表示將 所有參數整體構造指針數組傳遞,其語法為 char *const argv[]。這裡的參數實際上就是用戶在使用這個可 執行文件時所需的全部命令選項字符串(包括該可執行程序命令本身)。要注意的是,這些參數必須以NULL結 束。

環境變量: exec函數族可以默認系統的環境變量,也可以傳入指定的環境變量。這裡以 “e” (environment)結尾的兩個函數 execle()和 execve()就可以在 envp[]中指定當前進程所使用的環境變量。

表2再對這6個函數中的函數名和對應語法做了一個小結,主要指出了函數名中每一位對應所表明的含 義,以此表加以記住這6個函數。

事實上,這6個函數中真正的系統調用只有execve(),其他5個都是庫函數,它們最終都會調用execve()這 個系統調用。在使用exec函數族時,一定要加上錯誤判斷語句。exec 很容易執行失敗,其中最常見的原因有 :

①  找不到文件或路徑,此時 errno 被設置為 ENOENT。

②  數組argv 和 envp  忘記用NULL結束,此時,errno被設置為 EFAUL。

③  沒有對應可執行文件的運行 權限,此時 errno 被設置為EACCES。

基礎實驗

實驗1

本實驗是為了說明如何使用文件 名來查找可執行文件,同時使用參數列表的方式。這裡用的函數是 execlp()。程序代碼如下:

在該程序中,首先使用 fork()函數創建一個子進程,然後在子進程中使用 execlp()函數。可以看到,這 裡的參數列表列出了在 shell 中使用的命令名和選項,並且當使用文件名進行查找時,系統會在默認的環境 變量PATH中尋找該可執行文件。

使用命令:gcc execlp.c -o execlp編譯後,然後再執行,結果如下 圖:

使用env命令,可以查看到環境變量的路徑名

此程序的執行結果與在shell中直接輸入命令“ps -ef”是一樣的,當然,在不同系統的不同時刻可能會有 不同的結果。

實驗2

本實驗實現的功能和實驗1的一樣,不同的是使用的函數不同。本實驗將 使用完整的文件目錄來查找對應的可執行文件。注意,目錄必須以“/”開頭,否則將其視為文件名。程序代 碼如下:

編寫保存源文件,然後使用命令:gcc execl.c -o execl編譯,接著執行命令:./execl,可以看到實驗 結果和實驗1一樣

實驗3

本實驗是利用execle()函數將環境變量添加到新建的子進程中,這裡的“env”是查看當前 進程環境變量的命令,實驗代碼如下:

編寫保存源文件後,使用命令:gcc execle.c -o execle,再執行命令:./execle,執行結果如下圖

實驗4

本實驗實現功能和實驗3一樣,不同的是使用的execve()函數,通過構造指針數組的方 式來傳遞參數,注意參數列表一定要以NULL作為結尾標識符,實驗代碼如下:

編寫保存源文件 ,使用命令:gcc execve.c -o execve,再執行命令:./execve,結果如下:

到此關於進程的執行 實驗完畢,下一節學習進程的終止

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