exec族函数详解及循环创建子进程

　　前言：之前也知道exec族函数，但没有完全掌握，昨天又重新学习了一遍，基本完全掌握了，还有一些父子进程和循环创建子进程的问题，还要介绍一下环境变量，今天分享一下。

　　一、环境变量

　　先介绍下环境的概念和特性，再举例子吧。

　　环境变量，是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数。通常具备以下特征：

　　① 字符串(本质) ② 有统一的格式：名=值[:值] ③ 值用来描述进程环境信息。

　　存储形式：与命令行参数类似。char *[]数组，数组名environ，内部存储字符串，NULL作为哨兵结尾。

　　使用形式：与命令行参数类似。

　　引入环境变量表：须声明环境变量。extern char ** environ;   

　　环境变量跟很多东西有关系，例如接下来的exec族函数，这也是为什么要先介绍下环境变量的原因，对理解exec族函数很有帮助；例如，Linux是什么样的系统？多用户多任务开源系统，每个用户的登录信息环境变量都会记录。举例一下常用的环境变量：

• PATH

　　可执行文件的搜索路径。ls命令也是一个程序，执行它不需要提供完整的路径名/bin/ls，然而通常我们执行当前目录下的程序a.out却需要提供完整的路径名./a.out，这是因为PATH环境变量的值里面包含了ls命令所在的目录/bin，却不包含a.out所在的目录。PATH环境变量的值可以包含多个目录，用:号隔开。在Shell中用echo命令可以查看这个环境变量的值：

　　$ echo $PATH

• SHELL

　　当前Shell，它的值通常是/bin/bash。

• TERM

　　当前终端类型，在图形界面终端下它的值通常是xterm，终端类型决定了一些程序的输出显示方式，比如图形界面终端可以显示汉字，而字符终端一般不行。

• LANG

　　语言和locale，决定了字符编码以及时间、货币等信息的显示格式。

• HOME

　　当前用户主目录的路径，很多程序需要在主目录下保存配置文件，使得每个用户在运行该程序时都有自己的一套配置

　　介绍跟环境变量相关的函数：

　　char *getenv(const char *name);　　//获取环境变量

　　int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);　　//添加或改变环境变量

　　int unsetenv(const char *name);　　//删除

　　二、fork函数及循环创建子进程

　　先说一个问题，学会fork并写程序时，可能都会遇到一个问题如下：

　　

　　./a.out的输出跑到终端上了，想过为什么？接下来我会解释这个问题。

　　1.fork函数

　　原型如下：

　　pid_t fork(void);

　　很好理解创建一个子进程，但需要真正理解这个函数需要理解：执行一次返回两次，就是有两个返回值，如下：

　　（1）返回子进程的pid

　　（2）返回0

　　2.getpid、getppid函数

　　两个函数原型，如下：

　　pid_t getpid(void);　　//获取当前进程ID
　　pid_t getppid(void);　 //获取父进程ID

　　3.fork创建子进程

　　主要创建一个子进程，并打印当前进程和父进程ID，并且打下了当前父进程的父进程ID，想一下父进程的父进程ID会是多少呢？程序如下：

　　

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

int main(void)
{
    pid_t pid;

    pid = fork();
    if (pid == -1 ) {
        perror("fork");
        exit(1);
    } else if (pid > 0) {    //parent
        //sleep(1); //保证子进程先执行
        printf("I'm parent pid = %d, parentID = %d\n", getpid(), getppid());
    } else if (pid == 0) {    //child
        printf("child  pid = %d, parentID = %d\n", getpid(), getppid());
    }

    return 0;
}

　　程序很简单不再解释，但要说明几个问题，结果如下：

　　

　　看到结果知道了父进程也有父进程的ID，并查找一下它，是bash其实就是shell，shell通过某种方式创子进程（就是我们程序中的父进程），然后子进程再创建子进程。

对了，还有一个问题，有一个sleep函数，注释是：确保子进程先执行，父子进程的执行顺序是由CPU的调度算法决定，但为啥我注释了sleep，还是父进程先执行。说点题外话吧，APUE（unix环境高级编程）的作者做过实验，98%的概率的都是父进程先执行。

　　4.循环创建子进程

　　接下来怎么创建多个子进程，直接给正确的程序吧，先演示一下有些问题的代码，如下：

　　

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    int n = 5, i;                //默认创建5个子进程

    if (argc == 2) {    
        n = atoi(argv[1]);
    }

    for (i = 0; i < n; i++)    //出口1,父进程专用出口
        if (fork() == 0)
            break;            //出口2,子进程出口,i不自增

    if (n == i) {
        //sleep(n);
        printf("I am parent, pid = %d\n", getpid());
    } else {
        //sleep(i);
        printf("I'm %dth child, pid = %d\n", 
                i+1, getpid());
    }

    return 0;
}

　　演示结果:

　　

　　会出现最开始的问题：输出跑到终端上。接下来解释为什么会出现这个问题？

　　原因：shell、父进程和子进程都抢夺CPU，shell当父进程执行return 0,认为父进程执行完了，返回到终端，当子进程还没执行完，就输出到终端了。

　　三、exec族函数　

　　其实有七种以exec开头的函数，统称exec函数：

　　int execl(const char *path, const char *arg, ...);
　　int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
　　int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);
　　int execv(const char *path, char *const argv[]);
　　int execvp(const char *file, char *const argv[]);
　　int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

　　int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]); 　　//真的系统调用

　　主要函数红色部分的说明：

　　l (list)                           命令行参数列表

　　p (path)                       搜素file时使用path变量

　　v (vector)                    使用命令行参数数组

　　e (environment)       使用环境变量数组,不使用进程原有的环境变量，设置新加载程序运行的环境变量

　　1.execlp函数

　　加载一个进程，借助PATH环境变量  

　　参数说明：

　　file：文件名，通过PATH环境变量查找

　　arg：命令行参数，要强掉一下，第一个arg相当于arg[0]，并要以NULL结尾

　　...:可变参数

　　通过调用ls来举例：

　　execlp("ls","ls","-l",NULL);

　　其实，可以试一下第二个标红的参数，随便写也不会有错误的，说明内核并不使用第二个参数。

　　程序示例如下：

　　

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("========================\n");

    char *argvv[] = {"ls", "-l", "-F", "R", "-a", NULL};
    

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        //execl("/bin/ls", "ls", "-l","-F", "-a", NULL);
        //execv("/bin/ls", argvv);
        execlp("ls","ls","-l","-F","-a",NULL);
        perror("execlp");
        exit(1);

    } else if (pid > 0) {
        sleep(1);
        printf("parent\n");
    }


    return 0;
}

　　演示结果就不展示了，可以自己在终端手动输入命令，进行对照。

　　2.execl函数

　　加载一个进程， 通过 路径+程序名 来加载。

　　跟execlp的主要区别在于不是通过环境变量获取了，相对路径也是可以的。

　　上面程序注释部分有这个程序。

　　3.execv函数

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

　　注意“v”使用命令行参数。

　　上面程序注释部分有这个程序。

　　就不一一举例了，有兴趣可以自己试一下。

　　总结：有问题，欢迎及时评论、交流与学习。