Linux操作系统学习（进程替换）

进程替换

进程替换是什么？

如下图所示：

​ 进程替换就是，把进程B的代码和数据，替换正在执行的进程A的代码和数据在内存中的位置（若代码数据过多可能会改变页表），但进程A的整体部分不发生任何改变（task_struct、A进程地址空间等等）

​ 其实就是用A进程的壳子执行B进程程序，不改变A进程的任何东西，只改变页表物理地址部分和内存中的数据和代码，不创建任何新的进程，并且子进程也不会退出。

替换的方法

一般用到以下六种函数

#include <unistd.h>
int exec l(const char *path, const char *arg, …);
int exec lp(const char *file, const char *arg, …);
int exec le(const char *path, const char *arg, …,char *const envp[]);
int exec v(const char *path, char *const argv[]);
int exec vp(const char *file, char *const argv[]);
int exec ve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

命名后缀：

• l(list) : 表示参数采用列表

• v(vector) : 参数用数组

• p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH

• e(env) : 表示自己维护环境变量

  程序运行时的环境变量信息(函数不会给你自动继承父进程的环境变量，需要手动设置)

返回值：

若替换失败则返回-1，但其实可以不用检查返回值因为：

• 调用成功一定执行替换的程序

• 调用失败一定执行原本的程序

• int execl(const char *path, const char *arg, …);

void test1()    
{    
pid_t id = fork();    
if(id == 0)    
{    
printf("你好\n");    /*********************************************开始替换******************************************/execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l","-i",NULL);   //你要执行谁，想怎么执行（在命令行怎么执行就怎么执行），可变参数列表以NULL结尾//或者想要执行自己的程序 execl("./当前路径或者 /.../...绝对路径","可执行程序名",NULL);/*********************************************替换完成/失败******************************************/printf("hello\n");    }    sleep(1);    
printf("child exchange succeed\n");     
}    

• int execlp(const char *file, const char *arg, …);

void test2()
{pid_t id = fork();if(id == 0){char* argv[] = {"ls","-a","-i","-l",NULL};//就是把可变参数列表以数组的形式传给execvprintf("exchange test2--->:\n");
/*********************************************开始替换******************************************/execv("/usr/bin/ls",argv);
/*********************************************替换完成/失败******************************************/printf("exchange fail\n");}sleep(1);printf("exchange succeed\n");
}

• int execle(const char *path, const char *arg, …,char *const envp[]);

void test3()
{pid_t id = fork();if(id == 0){printf("exchange test3---->\n");
/*********************************************开始替换******************************************/execlp("ls","ls","-l","-a","-i",NULL);// 第一个你要执行的是谁但不用带路径，path会根据这个程序名去自动搜索它在什么位置，第二个是要怎么执行
/*********************************************替换完成/失败******************************************/printf("exchange fail\n");}sleep(1);printf("exchange succeed\n");}

• int execvp(const char *file, char *const argv[]);

void test4()
{pid_t id = fork();if(id == 0){printf("exchange test4---->\n");char* argv[] = {"ls","-a","-l","-i",NULL};
/*********************************************开始替换******************************************/execvp("ls",argv); //第一个参数告诉path要执行的程序他会自动去找路径，第二个参数从可变参数列表变为自定义数组
/*********************************************替换完成/失败******************************************/printf("exchange fail\n");}sleep(1);printf("exchange succeed\n");
}

• int execle(const char *path, const char *arg, …,char *const envp[]);

void test5()
{pid_t id = fork();if(id == 0){printf("exchange test5---->\n");
/*********************************************开始替换******************************************/char* env[] = {"my_env=hello",NULL};execle("./print","print",NULL,env);//最后一个参数env指定了新程序的环境列表。参数env对应于新程序的environ数组//传递自己的环境变量给print
/*********************************************替换完成/失败******************************************/printf("exchange fail\n");}sleep(1);printf("exchange succeed\n");}int main()
{extern char** environ;for(int i = 0;environ[i];i++){if(environ[i] == "PATH")continue;//path显示的太多，这里屏蔽掉printf("%s\n",environ[i]);}return 0;
}

• int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

void test6()
{pid_t id = fork();if(id == 0){printf("exchange test5---->\n");
/*********************************************开始替换******************************************/char* argv[] = {"print",NULL};char* env[] = {"my_env=hello",NULL};execve("./print",argv,env);
/*********************************************替换完成/失败******************************************/printf("exchange fail\n");}sleep(1);printf("exchange succeed\n");}int main()
{extern char** environ;for(int i = 0;environ[i];i++){if(environ[i] == "PATH")continue;printf("%s\n",environ[i]);}return 0;
}

可以看出所有的函数都是在execve基础上封装的

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进程替换

• 子进程需要替父进程执行一些任务就需要进程替换

• 进程替换只替换子进程在内存中的代码和数据，以及页表物理地址部分

• 进程替换不会创建新进程，不会退出子进程

• 虽然父子代码是共享的，但是进程替换会更改内存的代码和数据，所以要发生写实拷贝

• fork创建子进程后，在代码中exec…只会替换子进程，因为进程具有独立性

程序替换的本质是把程序的代码数据加载到指定进程的上下文中

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简易shell模拟

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>void myshell()
{char command[128];char* argv[64];while(1){command[0] = 0;printf("[awd@VM-16-4-centos myshell]----->");	//打印前缀	fflush(stdout);									//刷新缓冲区fgets(command,128,stdin);						//输入命令command[strlen(command) - 1] = 0;				//先当作整个字符串存入command，-1是除去\n//fflush(stdout);									//printf("%s\n",command);验证const  char* set = " ";							//设置分隔符argv[0] = strtok(command,set);					//把字符串拆解成指令int i = 1;								while( argv[i] = strtok(NULL,set) )				//类似strcpy，赋值到NULL退出i++;/*for(int j = 0;j < i;j++)printf("%s\n",argv[j]);验证*/if(strcmp(argv[0],"cd") == 0)					//在子进程cd影响的只是子进程，所以要再父进程处理{if(argv[1])chdir(argv[1]);continue;}if(fork() == 0)								 //创建子进程{execvp(argv[0],argv);						 //替父进程执行这些指令exit(1);								     	 //若执行到这说明替换失败，设置退出码为1}waitpid(-1,NULL,0);								//等待任意一个子进程结束int status = 0;if(strcmp(argv[0],"echo") == 0 && strcmp(argv[1],"$?") == 0)	//打印退出码和终止信号printf("exit code:%d ,exit signal:%d \n",WEXITSTATUS(status),WTERMSIG(status));}}int main()
{myshell();return 0;
}

通过这个简易shell来把之前学到的总结一下

• 一般让子进程替父进程执行一些第三方命令，那么就需要用到 进程替换和fork
• 子进程每次执行结束需要进程等待，为了结束他的僵尸进程并获取它的退出信息（退出码、终止信号）
• 每次进程退出后又会重新创建子进程，所以echo $? 查看的是最近一次执行的退出码
• 证明了每一次命令行执行的指令都是一次进程，是基于bash为父进程创建的子进程

上面这个简陋shell综合了 ：fork、进程替换函数、进程等待函数、进程退出函数、退出码/终止信号，加深了这些接口的理解