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exec函數(shù)族
1）exec函數(shù)族說(shuō)明
fork()函數(shù)用于創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，該子進(jìn)程幾乎復(fù)制了父進(jìn)程的全部?jī)?nèi)容，但是，這個(gè)新創(chuàng)建的進(jìn)程如何執(zhí)行呢？exec函數(shù)族就提供了一個(gè)在進(jìn)程中啟動(dòng)另一個(gè)程序執(zhí)行的方法。它可以根據(jù)指定的文件名或目錄名找到可執(zhí)行文件，并用它來(lái)取代原調(diào)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段，在執(zhí)行完之后，原調(diào)用進(jìn)程的內(nèi)容除了進(jìn)程號(hào)外，其他全部被新的進(jìn)程替換了。另外，這里的可執(zhí)行文件既可以是二進(jìn)制文件，也可以是Linux下任何可執(zhí)行的腳本文件。
在Linux中使用exec函數(shù)族主要有兩種情況：
● 當(dāng)進(jìn)程認(rèn)為自己不能再為系統(tǒng)和用戶(hù)做出任何貢獻(xiàn)時(shí)，就可以調(diào)用exec函數(shù)族中的任意一個(gè)函數(shù)讓自己重生。
● 如果一個(gè)進(jìn)程想執(zhí)行另一個(gè)程序，那么它就可以調(diào)用fork()函數(shù)新建一個(gè)進(jìn)程，然后調(diào)用exec函數(shù)族中的任意一個(gè)函數(shù)，這樣看起來(lái)就像通過(guò)執(zhí)行應(yīng)用程序而產(chǎn)生了一個(gè)新進(jìn)程（這種情況非常普遍）。
2）exec函數(shù)族語(yǔ)法
實(shí)際上，在Linux中并沒(méi)有exec()函數(shù)，而是有6個(gè)以exec開(kāi)頭的函數(shù)，它們之間的語(yǔ)法有細(xì)微差別，本書(shū)在后面會(huì)詳細(xì)講解。
表2列舉了exec函數(shù)族的6個(gè)成員函數(shù)的語(yǔ)法。
表2 exec函數(shù)族成員函數(shù)語(yǔ)法
| 所需頭文件 |
#include <unistd.h> |
| 函數(shù)原型 |
int execl(const char *path, const char *arg, ...) |
| int execv(const char *path, char *const argv[]) |
| int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]) |
| int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]) |
| int execlp(const char *file, const char *arg, ...) |
| int execvp(const char *file, char *const argv[]) |
| 函數(shù)返回值 |
-1：出錯(cuò) |
這6個(gè)函數(shù)在函數(shù)名和使用語(yǔ)法的規(guī)則上都有細(xì)微的區(qū)別，下面就從可執(zhí)行文件查找方式、參數(shù)傳遞方式及環(huán)境變量這幾個(gè)方面進(jìn)行比較。
● 查找方式。讀者可以注意到，表2中的前4個(gè)函數(shù)的查找方式都是完整的文件目錄路徑，而后兩個(gè)函數(shù)（也就是以p結(jié)尾的兩個(gè)函數(shù)）可以只給出文件名，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)按照環(huán)境變量“$PATH”所指定的路徑進(jìn)行查找。
● 參數(shù)傳遞方式。exec函數(shù)族的參數(shù)傳遞有兩種方式：一種是逐個(gè)列舉的方式，而另一種則是將所有參數(shù)整體構(gòu)造指針數(shù)組傳遞。在這里是以函數(shù)名的第5位字母來(lái)區(qū)分的，字母為“l(fā)”（list）的表示逐個(gè)列舉參數(shù)的方式，其語(yǔ)法為const char *arg；字母為“v”（vertor）的表示將所有參數(shù)整體構(gòu)造指針數(shù)組傳遞，其語(yǔ)法為char *const argv[]。讀者可以觀察execl()、execle()、execlp()的語(yǔ)法與execv()、execve()、execvp()的區(qū)別，它們的具體用法在后面的實(shí)例講解中會(huì)具體說(shuō)明。
這里的參數(shù)實(shí)際上就是用戶(hù)在使用這個(gè)可執(zhí)行文件時(shí)所需的全部命令選項(xiàng)字符串（包括該可執(zhí)行程序命令本身）。要注意的是，這些參數(shù)必須以NULL結(jié)束。
● 環(huán)境變量。exec函數(shù)族可以默認(rèn)系統(tǒng)的環(huán)境變量，也可以傳入指定的環(huán)境變量。這里以“e”（environment）結(jié)尾的兩個(gè)函數(shù)execle()和execve()就可以在envp[]中指定當(dāng)前進(jìn)程所使用的環(huán)境變量。
表3再對(duì)這6個(gè)函數(shù)中的函數(shù)名和對(duì)應(yīng)語(yǔ)法做了一個(gè)小結(jié)，主要指出了函數(shù)名中每一位所表明的含義，希望讀者結(jié)合此表加以記憶。
表3 exec函數(shù)名對(duì)應(yīng)含義
| 前4位 |
統(tǒng)一為：exec |
| 第5位 |
l：參數(shù)傳遞為逐個(gè)列舉方式 |
execl、execle、execlp |
| v：參數(shù)傳遞為構(gòu)造指針數(shù)組方式 |
execv、execve、execvp |
| 第6位 |
e：可傳遞新進(jìn)程環(huán)境變量 |
execle、execve |
| p：可執(zhí)行文件查找方式為文件名 |
execlp、execvp |
事實(shí)上，這6個(gè)函數(shù)中真正的系統(tǒng)調(diào)用只有execve()，其他5個(gè)都是庫(kù)函數(shù)，它們終都會(huì)調(diào)用execve()這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。在使用exec函數(shù)族時(shí)，一定要加上錯(cuò)誤判斷語(yǔ)句。exec很容易執(zhí)行失敗，其中常見(jiàn)的原因有：
● 找不到文件或路徑，此時(shí)errno被設(shè)置為ENOENT。
● 數(shù)組argv和envp忘記用NULL結(jié)束，此時(shí)errno被設(shè)置為EFAUL。
● 沒(méi)有對(duì)應(yīng)可執(zhí)行文件的運(yùn)行權(quán)限，此時(shí)errno被設(shè)置為EACCES。
3）exec使用實(shí)例
下面的第一個(gè)示例說(shuō)明了如何使用文件名的方式來(lái)查找可執(zhí)行文件，同時(shí)使用參數(shù)列表的方式。這里用的函數(shù)是execlp()。
/* execlp.c */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
if (fork() == 0)
{
/* 調(diào)用execlp()函數(shù)，這里相當(dāng)于調(diào)用了“ps –ef”命令 */
if ((ret = execlp("ps", "ps", "-ef", NULL)) < 0)
{
printf("Execlp error\n");
}
}
}
在該程序中，首先使用fork()函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，然后在子進(jìn)程中使用execlp()函數(shù)。讀者可以看到，這里的參數(shù)列表列出了在shell中使用的命令名和選項(xiàng)，并且當(dāng)使用文件名進(jìn)行查找時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在默認(rèn)的環(huán)境變量PATH中尋找該可執(zhí)行文件。讀者可將編譯后的結(jié)果下載到目標(biāo)板上，運(yùn)行結(jié)果如下：
$ ./execlp
PID TTY Uid Size State Command
1 root 1832 S init
2 root 0 S [keventd]
3 root 0 S [ksoftirqd_CPU0]
4 root 0 S [kswapd]
5 root 0 S [bdflush]
6 root 0 S [kupdated]
7 root 0 S [mtdblockd]
8 root 0 S [khubd]
35 root 2104 S /bin/bash /usr/etc/rc.local
36 root 2324 S /bin/bash
41 root 1364 S /sbin/inetd
53 root 14260 S /Qtopia/qtopia-free-1.7.0/bin/qpe -qws
54 root 11672 S quicklauncher
65 root 0 S [usb-storage-0]
66 root 0 S [scsi_eh_0]
83 root 2020 R ps -ef
$ env
…
PATH=/Qtopia/qtopia-free-1.7.0/bin:/usr/bin:/bin:/usr/sbin:/sbin
…
此程序的運(yùn)行結(jié)果與在shell中直接輸入命令“ps -ef”是一樣的，當(dāng)然，在不同系統(tǒng)的不同時(shí)刻可能會(huì)有不同的結(jié)果。
接下來(lái)的示例使用完整的文件目錄來(lái)查找對(duì)應(yīng)的可執(zhí)行文件。注意，目錄必須以“/”開(kāi)頭，否則將其視為文件名。
/* execl.c */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
if (fork() == 0)
{
/* 調(diào)用execl()函數(shù)，注意這里要給出ps程序所在的完整路徑 */
if (execl("/bin/ps","ps","-ef",NULL) < 0)
{
printf("Execl error\n");
}
}
}
同樣將代碼下載到目標(biāo)板上運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果同上例。
下面的示例利用execle()函數(shù)將環(huán)境變量添加到新建的子進(jìn)程中，這里的“env”是查看當(dāng)前進(jìn)程環(huán)境變量的命令，代碼如下：
/* execle.c */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
/* 命令參數(shù)列表，必須以NULL結(jié)尾 */
char *envp[]={"PATH=/tmp","USER=david", NULL};
if (fork() == 0)
{
/* 調(diào)用execle()函數(shù)，注意這里也要指出env的完整路徑 */
if (execle("/usr/bin/env", "env", NULL, envp) < 0)
{
printf("Execle error\n");
}
}
}
下載到目標(biāo)板后的運(yùn)行結(jié)果如下：
$ ./execle
PATH=/tmp
USER=sunq
后一個(gè)示例使用execve()函數(shù)，通過(guò)構(gòu)造指針數(shù)組的方式來(lái)傳遞參數(shù)，注意參數(shù)列表一定要以NULL作為結(jié)尾標(biāo)識(shí)符。其代碼如下：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
/* 命令參數(shù)列表，必須以NULL結(jié)尾 */
char *arg[] = {"env", NULL};
char *envp[] = {"PATH=/tmp", "USER=david", NULL};
if (fork() == 0)
{
if (execve("/usr/bin/env", arg, envp) < 0)
{
printf("Execve error\n");
}
}
}
下載到目標(biāo)板后的運(yùn)行結(jié)果如下：
$ ./execve
PATH=/tmp
USER=david
本文選自華清遠(yuǎn)見(jiàn)嵌入式培訓(xùn)教材《從實(shí)踐中學(xué)嵌入式Linux應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)》
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