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多進程程序替換

多進程程序替換原理

進程程序替換函數詳解

execl&execv

execlp&execvp

execle&execvpe?

execve

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多進程程序替換

• 我們想要進程替換的同時不影響舊的進程（使用多進程版）
• fork創建子進程，讓子進程去替換執行新程序（因為替換進程本身不會創建新的進程）
• 父進程依舊執行舊的進程，且等待子進程（非阻塞等待）
• 父進程只等待子進程（阻塞等待）
• 子進程可以替換系統指令，也可以替換我們自己的程序，只要是一個可執行程序都可以替換。
• 兩全其美：既讓子進程完成了任務，又不能讓父進程受到影響

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說明fork創建子進程完成任務：

• 讓子進程執行父進程代碼的一部分
• 讓子進程執行一個全新的程序
• 基于進程間的獨立性原則。
• fork創建的子進程默認在不修改的前提下，父子進程的數據和代碼時共享的。
• 子進程發生了進程替換，相當于發生寫入，發生了寫時拷貝。
• 執行一個全新的程序，父子進程是獨立的，所以不僅數據要寫時拷貝，代碼也要發生寫時拷貝。只要程序替換成功了，父子進程無論是代碼/數據在內核數據結構層面上，數據代碼層面上徹底分開了。

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子進程發生程序替換：

• 共享父進程的數據代碼
• 暫停了把新程序的代碼和數據從磁盤到內存的加載/寫入
• 發生寫時拷貝
• 開啟加載/寫入（頁表的權限會改變）
• 重新建立映射關系

 1: testexec.c 1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL);                                                            16     exit(1);17   }18   //father19   int status = 0;20   pid_t rid = waitpid(id,&status,0);21   if(rid > 0)22   {23     printf("father wait success!,child exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));24   }25   printf("testexec... end!\n");26   return 0;27 }//測試失敗
execl("/usr/bin/lsss","lsss","-l","-a",NULL);    

【測試成功】細看退出碼

【測試失敗】細看退出碼

?

多進程程序替換原理

• 用fork創建子進程后執行的是和父進程相同的程序(但有可能執行不同的代碼分支)
• 子進程往往要調用一種exec函數以執行另一個程序。
• 當進程調用一種exec函數時，該進程的用戶空間代碼和數據完全被新程序替換。
• 從新程序的啟動，程開始執行。
• 調用exec并不創建新進程,所以調用exec前后該進程的id并未改變。

進程程序替換函數詳解

前篇粗略的介紹了下替換函數，現在一個一個詳解介紹。使用所有的替換方法，并且認識函數參數的含義

• OS中默認進程程序替換函數有6個庫函數和1個系統調用函數。
• 其實有六種以exec開頭的函數,統稱exec函數

#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[]);
//系統調用函數
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

execl&execv

• l：list列表
• int execl(const char *path, const char *arg, ...);?
• path：表示替換程序的路徑（絕對/相對路徑均可）??怎樣找到可執行程序需告知
• arg：可變參數，在命令行中怎么執行，就怎么傳參。??你想怎么執行
• arg形成命令行參數表傳給ls指令的可執行程序main函數接收使用
• 注意?最后必須以NULL結尾

• ---

  V：Vector動態數組
• int execv(const char *path, char *const argv[ ]);
• path：表示替換程序的路徑（絕對/相對路徑均可）??怎樣找到可執行程序需告知
• argv：指針數組（可變參數與其一個一個傳參，直接放到數組里面，傳數組即可）（帶入命令行參數表）
• argv被當作命令行參數表傳給ls指令的可執行程序main函數接收使用
• 字符串的類型是const char*變成char*需要強轉
• 注意?最后必須以NULL結尾
• 這兩個函數只是在傳參形式上發生了變化，實際上沒有區別。

  1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     execl("/usr/bin/ls","ls","-l","-a",NULL);  //?                                                          16     exit(1);17   }//1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     char *const argv[] =16     {17       (char*)"ls",18       (char*)"-l",                                                                                       19       (char*)"-a",20       (char*)"--color",21       NULL22     };23     execv("/usr/bin/ls",argv); //?24     exit(1);25   }26   //father27   int status = 0;28   pid_t rid = waitpid(id,&status,0);29   if(rid > 0)30   {31     printf("father wait success!,child exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));32   }33   printf("testexec... end!\n");34   return 0;                                                                                              35 }

execlp&execvp

• p：環境變量PATH
• 帶p的函數不用帶絕對/相對路徑傳遞參數了，表示用戶可以不傳遞替換程序的路徑（但是要傳遞可執行程序的文件名file）
• 用戶可以不傳遞要執行的文件路徑（文件名要傳），直接告訴exec*，我要執行誰即可。
• p：查找這個程序，系統會自動在環境變量PATH中進行查找。
• int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
• int execvp(const char *file, char *const argv[ ]);

 1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     execlp("ls","ls","-l","-a",NULL);  //?                                                          16     exit(1);17   }//1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<stdlib.h>4 #include<sys/types.h>5 #include<sys/wait.h>6 7 int main()8 {9   printf("testexec.... begin!\n");10   pid_t id = fork();11   if(id == 0)12   {13     //child14     sleep(2);15     char *const argv[] =16     {17       (char*)"ls",18       (char*)"-l",                                                                                       19       (char*)"-a",20       (char*)"--color",21       NULL22     };23     execvp("ls",argv); //?24     exit(1);25   }26   //father27   int status = 0;28   pid_t rid = waitpid(id,&status,0);29   if(rid > 0)30   {31     printf("father wait success!,child exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));32   }33   printf("testexec... end!\n");34   return 0;                                                                                              35 }

execle&execvpe?

• e：environment環境變量
• int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[ ]);
• int execvpe(const char *file, char *const argv[ ],char *const envp[ ]);

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• bash有環境變量，也可以獲取命令行參數
• bash創建父進程
• fork創建子進程
• 通過exec*等函數將環境變量表和命令行參數表交給可執行程序
• 子進程運行起來，并使用兩張表

execve

🙂感謝大家的閱讀，若有錯誤和不足，歡迎指正。 下篇收尾?