exec函式族

函式族說明

  fork() 函式用於建立一個新的子程序，該子程序幾乎複製了父程序的全部內容，但是，這個新建立的子程序如何執行呢？exec 函式族就提供了一個在程序中啟動另一個程式執行的方法。它可以根據指定的檔名或目錄名找到可執行檔案，並用它來取代原呼叫程序的資料段、程式碼段和堆疊段，在執行完之後，原呼叫程序的內容除了程序號外，其他全部被新的程序替換了。另外，這裡的可執行檔案既可以是二進位制檔案，也可以是Linux下任何可執行的指令碼檔案。

  在 Linux 中使用exec函式族主要有兩種情況：

  ●  當程序認為自己不能再為系統和使用者做出任何貢獻時，就可以呼叫 exec 函式族中的任意一個函式讓自己重生。

  ●  如果一個程序想執行另一個程式，那麼它就可以呼叫 fork() 函式新建一個程序，然後呼叫 exec 函式族中的任意一個函式，這樣看起來就像通過執行應用程式而產生了一個新程序（這種情況非常普遍）。

函式族語法

  實際上，在Linux中並沒有exec()函式，而是由6個以 exec 開頭的函式，它們之間的語法有細微差別。下表列出了 exec 函式族的6個成員函式的語法：

   這6個函式在函式名和使用語法的規則上都有細微的區別，下面就從可執行檔案查詢方式、引數傳遞方式和環境變數這幾個方面進行比較。

   ●  查詢方式：表1中的前4個函式的查詢方式都是完整的檔案目錄路徑，而最後兩個函式（也就是以 p 結尾的兩個函式）可以只給出檔名，系統就會自動按照環境變數“$PATH” 所指定的路徑進行查詢。

   ●   引數傳遞方式：exec函式族的引數傳遞有兩種：一種是逐個列舉的方式，而另一種則是將所有引數整體構造指標陣列傳遞。在這裡是以函式名的第5位字母來區分的，字母為 "l"(list)的表示逐個列舉引數的方式，其語法為const char *arg;字母為“v”(vector)的表示將所有引數整體構造指標陣列傳遞，其語法為 char *const argv[]。這裡的引數實際上就是使用者在使用這個可執行檔案時所需的全部命令選項字串（包括該可執行程式命令本身）。要注意的是，這些引數必須以NULL結束。

   ●   環境變數： exec函式族可以預設系統的環境變數，也可以傳入指定的環境變數。這裡以 “e”(environment)結尾的兩個函式 execle()和 execve()就可以在 envp[]中指定當前程序所使用的環境變數。

   表2再對這6個函式中的函式名和對應語法做了一個小結，主要指出了函式名中每一位對應所表明的含義，以此表加以記住這6個函式。

   事實上，這6個函式中真正的系統呼叫只有execve()，其他5個都是庫函式，它們最終都會呼叫execve()這個系統呼叫。在使用exec函式族時，一定要加上錯誤判斷語句。exec 很容易執行失敗，其中最常見的原因有：

   ①  找不到檔案或路徑，此時 errno 被設定為 ENOENT。

   ②  陣列argv 和envp  忘記用NULL結束，此時，errno被設定為 EFAUL。

   ③  沒有對應可執行檔案的執行許可權，此時 errno 被設定為EACCES。

基礎實驗

實驗1

   本實驗是為了說明如何使用檔名來查詢可執行檔案，同時使用引數列表的方式。這裡用的函式是 execlp()。程式程式碼如下：

  在該程式中，首先使用 fork()函式建立一個子程序，然後在子程序中使用 execlp()函式。可以看到，這裡的引數列表列出了在 shell 中使用的命令名和選項，並且當使用檔名進行查詢時，系統會在預設的環境變數PATH中尋找該可執行檔案。

  使用命令：gcc execlp.c -o execlp編譯後，然後再執行，結果如下圖：

   使用env命令，可以檢視到環境變數的路徑名

    此程式的執行結果與在shell中直接輸入命令“ps -ef”是一樣的，當然，在不同系統的不同時刻可能會有不同的結果。

實驗2

   本實驗實現的功能和實驗1的一樣，不同的是使用的函式不同。本實驗將使用完整的檔案目錄來查詢對應的可執行檔案。注意，目錄必須以“/”開頭，否則將其視為檔名。程式程式碼如下：

   編寫儲存原始檔，然後使用命令：gcc execl.c -o execl編譯，接著執行命令：./execl，可以看到實驗結果和實驗1一樣

實驗3

   本實驗是利用execle()函式將環境變數新增到新建的子程序中，這裡的“env”是檢視當前程序環境變數的命令，實驗程式碼如下：

  編寫儲存原始檔後，使用命令:gcc execle.c -o execle，再執行命令：./execle，執行結果如下圖

實驗4

  本實驗實現功能和實驗3一樣，不同的是使用的execve()函式，通過構造指標陣列的方式來傳遞引數，注意引數列表一定要以NULL作為結尾識別符號，實驗程式碼如下：

  編寫儲存原始檔，使用命令:gcc execve.c -o execve,再執行命令：./execve，結果如下：

到此關於程序的執行實驗完畢，下一節學習程序的終止