1、exec 函数族 也许有不少读者从本系列文章一推出就开始读，一直到这里还有一个很大的疑惑：既然所有新进程都是由 fork 产生的，而且由 fork 产生的子进程和父进程几乎完全一样，那岂不是意味着系统中所有的进程都应该一模一样了吗？而且，就我们的常识来说，当我们执行一个程序的时候，新产生的进程的内容应就是程序的内容才对。是我们理解错了吗？显然不是，要解决这些疑惑，就必须提到我们下面要介绍的 exec 系统调用。1.10.1 简介说是 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 int e
2、xecl(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, c
3、har *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
4、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
5、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。1.10.2 稍稍深入上面 6 条函数看起来似乎很复杂，但实际上无论是作用还是用法都非常相似，只有很微小的差别。在学习它们之前，先来了解一下我们习以为常的 main 函数。下面这个 main 函数的形式可能有些出乎我们的意料：int main(int argc, char *argv, ch
6、ar *envp)它可能与绝大多数教科书上描述的都不一样，但实际上，这才是 main 函数真正完整的形式。参数 argc 指出了运行该程序时命令行参数的个数，数组 argv 存放了所有的命令行参数，数组 envp 存放了所有的环境变量。环境变量指的是一组值，从用户登录后就一直存在，很多应用程序需要依靠它来确定系统的一些细节，我们最常见的环境变量是 PATH，它指出了应到哪里去搜索应用程序，如/bin；HOME 也是比较常见的环境变量，它指出了我们在系统中的个人目录。环境变量一般以字符串“XXX=xxx“的形式存在，XXX 表示变量名，xxx 表示变量的值。值得一提的是，argv 数组和 env
7、p 数组存放的都是指向字符串的指针，这两个数组都以一个 NULL 元素表示数组的结尾。我们可以通过以下这个程序来观看传到 argc、argv 和 envp 里的都是什么东西：/* main.c */int main(int argc, char *argv, char *envp)printf(“n# ARGC #n%dn“, argc);printf(“n# ARGV #n“);while(*argv)printf(“%sn“, *(argv+);printf(“n# ENVP #n“);while(*envp)printf(“%sn“, *(envp+);return 0;编译它：$ cc
8、 main.c -o main运行时，我们故意加几个没有任何作用的命令行参数：$ ./main -xx 000# ARGC #3# ARGV #./main-xx000# ENVP #PWD=/home/leiREMOTEHOST=HOSTNAME=localhost.localdomainQTDIR=/usr/lib/qt-2.3.1LESSOPEN=|/usr/bin/lesspipe.sh %sKDEDIR=/usrUSER=leiLS_COLORS=MACHTYPE=i386-redhat-linux-gnuMAIL=/var/spool/mail/leiINPUTRC=/etc/in
9、putrcLANG=en_USLOGNAME=leiSHLVL=1SHELL=/bin/bashHOSTTYPE=i386OSTYPE=linux-gnuHISTSIZE=1000TERM=ansiHOME=/home/leiPATH=/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:/usr/X11R6/bin:/home/lei/bin_=./main我们看到，程序将“./main“作为第 1 个命令行参数，所以我们一共有 3 个命令行参数。这可能与大家平时习惯的说法有些不同，小心不要搞错了。现在回过头来看一下 exec 函数族，先把注意力集中在 execve 上：int exec
10、ve(const char *path, char *const argv, char *const envp);对比一下 main 函数的完整形式，看出问题了吗？是的，这两个函数里的 argv 和 envp 是完全一一对应的关系。execve 第 1 个参数 path 是被执行应用程序的完整路径，第 2 个参数argv 就是传给被执行应用程序的命令行参数，第 3 个参数 envp 是传给被执行应用程序的环境变量。留心看一下这 6 个函数还可以发现，前 3 个函数都是以 execl 开头的，后 3 个都是以execv 开头的，它们的区别在于，execv 开头的函数是以“char *argv“这
11、样的形式传递命令行参数，而 execl 开头的函数采用了我们更容易习惯的方式，把参数一个一个列出来，然后以一个 NULL 表示结束。这里的 NULL 的作用和 argv 数组里的 NULL 作用是一样的。在全部 6 个函数中，只有 execle 和 execve 使用了 char *envp传递环境变量，其它的 4个函数都没有这个参数，这并不意味着它们不传递环境变量，这 4 个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而 execle 和 execve 会用指定的环境变量去替代默认的那些。还有 2 个以 p 结尾的函数 execlp 和 execvp，咋看起来，它们和 exec
12、l 与 execv 的差别很小，事实也确是如此，除 execlp 和 execvp 之外的 4 个函数都要求，它们的第 1 个参数path 必须是一个完整的路径，如“/bin/ls“；而 execlp 和 execvp 的第 1 个参数 file 可以简单到仅仅是一个文件名，如“ls“，这两个函数可以自动到环境变量 PATH 制定的目录里去寻找。1.10.3 实战知识介绍得差不多了，接下来我们看看实际的应用：/* exec.c */#include main()char *envp=“PATH=/tmp“,“USER=lei“,“STATUS=testing“,NULL;char *argv_
13、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)定义函数int execl(const char * path,const char * arg,.);函数说明execl()用来执行参数 path 字符串所代表的文件路径，接下来的参数代表执行该文件时传递过去的 arg
14、v(0)、argv1，最后一个参数必须用空指针(NULL) 作结束。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。范例#includemain()execl(“/bin/ls”,”ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char * )0);执行/*执行/bin/ls -al /etc/passwd */-rw-r-r- 1 root root 705 Sep 3 13 :52 /etc/passwdexeclp（从 PATH 环境变量中查找文件并执行）相关函数fork，execl，execle，execv，execve，execvp表头文件
15、#include定义函数int execlp(const char * file,const char * arg,)；函数说明execlp()会从 PATH 环境变量所指的目录中查找符合参数 file 的文件名，找到后便执行该文件，然后将第二个以后的参数当做该文件的 argv0、argv1，最后一个参数必须用空指针(NULL)作结束。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。错误代码参考 execve()。范例/* 执行 ls -al /etc/passwd execlp()会依 PATH 变量中的/bin 找到/bin/ls */#includ
16、emain()execlp(“ls”,”ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char *)0);执行-rw-r-r- 1 root root 705 Sep 3 13 :52 /etc/passwdexecv（执行文件）相关函数fork，execl，execle，execlp，execve，execvp表头文件#include定义函数int execv (const char * path, char * const argv );函数说明execv()用来执行参数 path 字符串所代表的文件路径，与 execl()不同的地方在于execve()只需两个参数，第二个参数利用数组
17、指针来传递给执行文件。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。错误代码请参考 execve（） 。范例/* 执行/bin/ls -al /etc/passwd */#includemain()char * argv =“ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char*) ;execv(“/bin/ls”,argv);执行-rw-r-r- 1 root root 705 Sep 3 13 :52 /etc/passwdexecve（执行文件）相关函数fork，execl，execle，execlp，execv，execvp表头文件#in
18、clude定义函数int execve(const char * filename,char * const argv ,char * const envp );函数说明execve()用来执行参数 filename 字符串所代表的文件路径，第二个参数系利用数组指针来传递给执行文件，argv 要传递给程序的完整参数列表，包括 argv0 ，它一般是执行程序的名字；最后一个参数则为传递给执行文件的新环境变量数组。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。错误代码EACCES1. 欲执行的文件不具有用户可执行的权限。2. 欲执行的文件所属的文件系统是以
19、 noexec 方式挂上。3.欲执行的文件或 script 翻译器非一般文件。EPERM1.进程处于被追踪模式，执行者并不具有 root 权限，欲执行的文件具有 SUID 或 SGID 位。2.欲执行的文件所属的文件系统是以 nosuid 方式挂上，欲执行的文件具有 SUID 或SGID 位元，但执行者并不具有 root 权限/* execve.c-Illustrate the usage of execve*/#include #include #include int main( void )char* args = “/bin/ls“, NULL ;if ( -1 = (execve(“/bin/ls“, args, NULL) )perror( “execve“ );exit( EXIT_FAILURE);puts( “shouldnt get here“ );exit( EXIT_SUCCESS );rootlocalhost src# gcc execve.c rootlocalhost src# ./a.out a.out child_fork.c execve.c fork.c getpid.c
