系统编程-进程-exec系列函数超级详解(带各种实操代码)

我的相关博文：

系统编程-进程-close-on-exec机制

 

PART1 

exec系列函数功能简介

 

exec系列函数登场

常规操作是先fork一个子进程，然后在子进程中调用exec系列函数执行新的目标程序，

虽然exec系列函数执行成功不返回，但是我们仍然i要使用wait或waitpid让父进程给该子进程收尸，否则将会产生一个僵尸进程(子进程死了，老爸没给收尸，子成为僵尸)！

并且，不论子进程内的exec系列函数执行成功或是失败，我们都要在父进程给对其收尸！

待实验，见实验1(实验1,使用execl),  思路：

让子进程内调用exec系列函数执行的新程序的生命周期大概是5秒，观察父进程wait成功且执行到wait后面的打印语句的时间，判断是否也为5秒。

 

该系列函数辨识方法

该系列函数都以“exec”为前缀，后面的字母有各自固定的含义，可以根据这点来进行区分，而无需强行记忆。看下图详解：

补充知识点：

读完上面的小结，我们可以分析出，例如execl，其第一个参数pathname，必须要求是绝对路径。

 

exec系列函数关系剖析

 

注意事项：

如果代码想下图这样写，因为exec函数执行出错，但是后续代码仍然会被执行，可是：当前进程的内存空间(堆、栈、数据区)可能已经被破坏，所以这种写法是不妥的！

上图代码不妥，应该修改为下图方式，即设置进程退出：

同时，若exec执行成功，则后续代码不会被执行。

 

PART2

实验部分 

实验0

实验目的：execl错误使用展示

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

char* elf_name = "do cat";

char* path1 = "ls";      // 相对路径
char* path2 = "/bin/ls"; // 绝对路径

char* argv1 = "-al";
char* argv2 = "a.out";

int main(void)
{
    int status = 0;
    pid_t pid;
    printf("main-process-pid: %ld
", (long)getpid());

    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        printf("fork error");
    }
    else if (pid == 0) { 

    printf("son-process-pid: %ld
", (long)getpid());
    if(execl(path1, elf_name, argv1, argv2, NULL)<0){
        perror("execl error");
        exit(1);    
    }else{
        printf("execl %s success
", elf_name);
    }
    }

    wait(NULL);

    printf("-------main process ending------
");

    return 0;
}

编译运行：

错误原因：execl的第一个参数不支持是相对路径，所以上述实验中execl的第一个参数应该是path2 .

 

实验1

实验目的1： execl使用展示

实验目的2：

虽然exec系列函数执行成功不返回，但是我们仍然要使用wait或waitpid让父进程给该子进程收尸，否则将会产生一个僵尸进程(子进程死了，老爸没给收尸，子成为僵尸)！

并且，不论子进程内的exec系列函数执行成功或是失败，我们都要在父进程给对其收尸！

让子进程内调用exec系列函数执行的新程序的生命周期大概是5秒，观察父进程wait成功且执行到wait后面的打印语句的时间，判断是否也为5秒。

屏蔽父进程内的wait函数与否将产生不同的效果，可使用ps -aux查看子进程是否变成了僵尸进程。

 

为了承接本文章上下文的连续性，将实验1分为三个小实验，逐步加深理解。

 

实验1-1： 验证僵尸进程的产生

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

char* elf_name = "do cat";

char* path1 = "ls";      // 相对路径
char* path2 = "/bin/ls"; // 绝对路径

char* argv1 = "-al";
char* argv2 = "a.out";

int main(void)
{
    int status = 0;
    pid_t pid;
    printf("main-process-pid: %ld
", (long)getpid());

    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        printf("fork error");
    }
    else if (pid == 0) { 

    printf("son-process-pid: %ld
", (long)getpid());
    if(execl(path2, elf_name, argv1, argv2, NULL)<0){
        perror("execl error");
        exit(1);    
    }else{
        printf("execl %s success
", elf_name);
    }
    }

    //wait(NULL); 这里不回收子进程
    while(1);

    return 0;
}

在一个终端内编译运行：

可见，子进程的进程ID是21018， 我们来看看在父进程不回收子进程，而子进程内又使用execl执行完毕了新程序后，是否会产生僵尸进程吧！

在另一个终端内查看：

实验证实，子进程21018成为了僵尸进程。

同时，printf(“exec %s success ”, elf_name)这句代码未打印，由此，我们也可以看出，通过execl执行的新程序正常执行是不会返回给主程序的，

实际上，通过整个exec系列函数成功执行新程序，都是不会返回给主程序的。

然而，父进程fork了子进程后就要遵循给其收尸的原则，即使使用了exec系列函数，也是如此。

 

相关知识点补充 - 进程状态及其标识 ：

 

实验1-2

在实验1-1的代码基础上，父进程fork子进程后增加wait函数的使用，以用于对子进程的回收。此时我们重复实验1-1的操作过程，我们不会见到子进程成为僵尸进程。

 本实验和1-1极其相似，故省略。

 

实验1-3

hello.c :

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(){

    sleep(5);
    
    printf("---<hello>elf, is ending---
");

    return 0;
}

exec.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

char* elf_name = "do hello";
char* path = "/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/exec/hello"; // 绝对路径

int main(void)
{
    int status = 0;
    pid_t pid;
    printf("main-process-pid: %ld
", (long)getpid());

    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        printf("fork error");
    }
    else if (pid == 0) { 

    printf("son-process-pid: %ld
", (long)getpid());
    if(execl(path, elf_name, NULL, NULL, NULL)<0){
        perror("execl error");
        exit(1);    
    }else{
        printf("execl %s success
", elf_name);
    }
    }

    wait(NULL);
    printf("father waits son successfully 
");


    return 0;
}

编译运行：

通过实验可见，可执行程序hello被成功执行起来了并且在5秒后退出(读者可以自行设置为6秒或者7秒或者8秒...)，

同时，主进程内的wait调用也在5秒后成功返回(通过肉眼观察代码执行效果得出)，表明在ecex函数装载的新程序结束后，父进程就对其展开收尸动作了。

本1-3实验可以进一步加深我们对fork exec wait等api进行混合使用的理解。

 

 

实验2 

实验目的：execvp使用展示( 本质和execl一样，都是为了调用新程序去执行，只是使用的方式不一样而已 )

根据前面的介绍，exec后面的v表示argv，所以execvp有一个参数是char* argv[]. 后面的p表示path，且支持相对路径，但是该相对路径必须要在系统的环境表中，

Linux下查看系统环境表中的路径：

 

 

实验3  system介绍，自己编写功能更为强大的mysystem(自己手动调用exec系列函数可在需要时携带更多参数)。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

char* test_cmd = "ps";

void mysystem(char* cmd){

    pid_t pid;
    //printf("main-process-pid: %ld
", (long)getpid());

    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        printf("fork error");
    }
    else if (pid == 0) { 

        //printf("son-process-pid: %ld
", (long)getpid());
        if(execlp("bash", "I am bash", "-c", cmd, NULL)<0){
        perror("execl error");
        exit(1);    
        }
        //printf("mysystem success 
");
            
    }

    wait(NULL); 
}

int main(void)
{
    mysystem(test_cmd);

    return 0;
}

编译运行：

 

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