进程控制之exec函数

用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程执行的程序完全替换为新程序，而新程序则从其main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec只是用一个全新的程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。

有6种不同的exec函数可供使用，它们常常被统称为exec函数。这些exec函数使得UNIX进程控制原语更加完善。用fork可以创建新进程，用exec可以执行新程序。exit函数和两个wait函数处理终止和等待终止。这些是我们需要的基本的进程控制原语。

#include <unistd.h>

int execl( const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *)0 */ );

int execv( const char *pathname, char *const argv[] );

int execle( const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *)0, char *const envp[] */ );

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

int execlp( const char *filename, const char *arg0, ... /* (char *)0 */ );

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

6个函数返回值：若出错则返回-1，若成功则不返回值

这些函数之间的第一个区别是前4个取路径名作为参数，后两个（execlp和execvp，p表示PATH，个人理解）则取文件名作为参数。当指定filename作为参数时：

• 如果filename中包含了/，则将其视为路径名。
• 否则就按PATH环境变量，在它所指定的各目录中搜寻可执行文件。

PATH变量包含了一张目录表（称为路径前缀），目录之间用冒号（：）分隔。例如name = value环境字符串：

PATH=/bin：/usr/bin：/usr/local/bin/：.

指定在4个目录中进行搜索。最后的路径前缀（.）表示当前目录。（零长前缀也表示当前目录。在value的开始处可用：表示，在行中间则要用：：表示，在行尾则以：表示。）

如果execlp或execvp使用路径名前缀中的一个找到了一个可执行文件，但是该文件不是由连接编辑器产生的机器可执行文件，则认为该文件是一个shell脚本，于是试着调用/bin/sh，并以该filename作为shell的输入。

第二个区别与参数表的传递有关（l表示list，v表示矢量vector）。函数execl、execlp和execle要求将新程序的每个命令行参数都说明为一个单独的参数。这种参数表以空指针结尾。对于另外三个函数（execv、execvp和execve），则应先构造一个指向各参数的指针数组，然后将该数组地址作为这三个函数的参数。

在ISO C原型之前，对execl、execle和execlp这三个函数表示命令行参数的一般方法是：

char *arg0, char *arg1, …, char *argn, (char *)0

应当特别指出的是：在最后一个命令行参数之后跟了一个空指针。如果用常数0来表示一个空指针，则必须将它强制转换为一个字符指针，否则将它解释为整型参数。如果一个整型数的长度与char *的长度不同，那么exec函数的实际参数就将出错。

最后一个区别与向新程序传递环境表相关。以e结尾的两个函数（execle和execve）可以传递一个指向环境字符串指针数组的指针。其他四个函数则使用调用进程中的environ变量为新程序复制现有的环境。通常，一个进程允许将其环境传播给其子进程，但有时也有这种情况，即进程想要为子进程指定某一个确定的环境。

在使用ISO C原型之前，execle的参数是：

char *pathname, char *arg0, …, char *argn, (char *)0, char *envp[]

从中可见，最后一个参数是指向环境字符串的各字符指针构成的数组的地址。而ISO C原型中，所有命令行参数、空指针和envp指针都用省略号（...）表示。

这6个exec函数名中的字符说明：字母p表示该函数取filename作为参数，并且用PATH环境变量寻找可执行文件。字母l表示该函数取一个参数表，它与字母v互斥。字母v表示该函数取一个argv[]矢量。字母e表示该函数取envp[]数组，而不使用当前环境。

                                          表8-6 6个exec函数之间的区别

在执行exec后，进程ID没有改变。除此之外，执行新程序的进程还保持了原进程的下列特征：

• 进程ID和父进程ID。
• 实际用户ID和实际组ID。
• 附加组ID。
• 进程组ID。
• 会话ID。
• 控制终端。
• 闹钟尚余留的时间。
• 当前工作目录。
• 根目录。
• 文件模式创建屏蔽字。
• 文件锁。
• 进程信号屏蔽。
• 未处理信号。
• 资源限制。
• tms_utime、tms_stime、tms_cutime以及tms_cstime值。

对打开文件的处理与每个描述符的执行时关闭（close-on-exec）标志值有关。进程中每个打开描述符都有一个执行时关闭标志。若此标志设置，则在执行exec时关闭该描述符，否则该描述符仍打开。除非特地用fcntl设置了该标志，否则系统默认操作是在执行exec后仍保持这种描述符打开。

POSIX.1明确要求在执行exec时关闭打开的目录流。这通常是opendir函数实现的，它调用fcntl函数为对应于打开目录流的描述符设置执行时关闭标志。

注意，在执行exec前后实际用户ID和实际组ID保持不变，而有效ID是否改变则取决于所执行程序文件的设置用户ID位和设置组ID位是否设置。如果新程序的设置用户ID位已设置，则有效用户ID变成程序文件所有者的ID，否则有效用户ID不变。对组ID的处理方式与此相同。

在很多UNIX实现中，这6个函数中只有execve是内核的系统调用。另外5个只是库函数，它们最终都要调用该系统调用。

程序清单8-8 exec函数实例

[root@localhost apue]# cat prog8-8.c
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>

char *env_init[] = { "USER=unknown", "PATH=/tmp", NULL };

int
main(void)
{
        pid_t   pid;

        if((pid = fork()) < 0)
        {
                err_sys("fork error");
        }
        else if(pid == 0) /*specify pathname, specify environment */
        {
                if(execle("/home/zhu/apue/echoall", "echoall", "myarg1", "MY ARG2", (char *)0, env_init) < 0)
                        err_sys("execle error");
        }

        if(waitpid(pid, NULL, 0) < 0)
                err_sys("wait error");

        if((pid = fork()) < 0)
        {
                err_sys("fork error");
        }
        else if(pid == 0) /* specify filename, inherit environment */
        {
                if(execlp("echoall", "echoall", "only 1 arg", (char *)0) < 0)
                        err_sys("execlp error");
        }

        exit(0);
}

注意，我们将第一个参数（新程序中的argv[0]）设置为路径名的文件名分量。某些shell将此参数设置为完整的路径名。这只是一个惯例。我们可将argv[0]设置为任何字符串。

程序清单8-8中要执行的程序echoall示于程序清单8-9中。这是一个很普通的程序，它回送其所有命令行参数及全部环境表。

程序清单8-9 回送所用命令行参数和所有环境字符串

[root@localhost apue]# cat echoall.c
#include "apue.h"

int
main(int argc, char *argv[])
{
        int         i;
        char        **ptr;
        extern char **environ;

        for(i=0; i<argc; i++)   /* echo all command-line args */
                printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]);

        for(ptr = environ; *ptr != 0; ptr++)    /*and all env strings */
                printf("%s\n", *ptr);

        exit(0);
}

执行程序清单8-8得到

[root@localhost apue]# ./prog8-8
argv[0]: echoall
argv[1]: myarg1
argv[2]: MY ARG2
USER=unknown
PATH=/tmp
argv[0]: echoall
argv[1]: only 1 arg
SSH_AGENT_PID=4279
HOSTNAME=localhost.localdomain
DESKTOP_STARTUP_ID=
SHELL=/bin/bash
......

 

最后总结一下使用exec函数时需要考虑哪些参数：首先，要执行的新程序名（带不带路径）；其次，命令行参数（列表形式还是指针数组形式）；最后，环境表（要不要传递环境表）

 

本篇博文内容摘自《UNIX环境高级编程》（第二版），仅作个人学习记录所用。关于本书可参考：http://www.apuebook.com/。