Linux系统编程——进程替换：exec 函数族

在 Windows 平台下，我们可以通过双击运行可执行程序，让这个可执行程序成为一个进程；而在 Linux 平台，我们可以通过 ./ 运行，让一个可执行程序成为一个进程。

但是，如果我们本来就运行着一个程序（进程），我们如何在这个进程内部启动一个外部程序，由内核将这个外部程序读入内存，使其执行起来成为一个进程呢？这里我们通过 exec 函数族实现。

exec 函数族，顾名思义，就是一簇函数，在 Linux 中，并不存在 exec() 函数，exec 指的是一组函数，一共有 6 个：

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 execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);其中只有 execve() 是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。
 
exec 函数族提供了六种在进程中启动另一个程序的方法。exec 函数族的作用是根据指定的文件名或目录名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。 
进程调用一种 exec 函数时，该进程完全由新程序替换，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 （当然还有父进程号、进程组号、当前工作目录……）并未改变。exec 只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段（进程替换）。
exec 函数族的 6 个函数看起来似乎很复杂，但实际上无论是作用还是用法都非常相似，只有很微小的差别。

l(list)：参数地址列表，以空指针结尾。
v(vector)：存有各参数地址的指针数组的地址。
p(path)：按 PATH 环境变量指定的目录搜索可执行文件。
e(environment)：存有环境变量字符串地址的指针数组的地址。 
exec 函数族装入并运行可执行程序 path/file，并将参数 arg0 ( arg1, arg2, argv[], envp[] ) 传递给此程序。
exec 函数族与一般的函数不同，exec 函数族中的函数执行成功后不会返回，而且，exec 函数族下面的代码执行不到。只有调用失败了，它们才会返回 -1，失败后从原程序的调用点接着往下执行。execl() 示例代码：
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("before exec\n\n");
    /* /bin/ls：外部程序，这里是/bin目录的 ls 可执行程序，必须带上路径（相对或绝对）
       ls：没有意义，如果需要给这个外部程序传参，这里必须要写上字符串，至于字符串内容任意
       -a，-l，-h：给外部程序 ls 传的参数
       NULL：这个必须写上，代表给外部程序 ls 传参结束
    */
    execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);
    // 如果 execl() 执行成功，下面执行不到，因为当前进程已经被执行的 ls 替换了
    perror("execl");
    printf("after exec\n\n");
    return 0;
}  
运行结果如下：

execv()示例代码：
execv() 和 execl() 的用法基本是一样的，无非将列表传参，改为用指针数组。
int main(int argc, char *argv[])
{
    // execv() 和 execl() 的用法基本是一样的，无非将列表传参，改为用指针数组
    // execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);
    /* 指针数组
       ls：没有意义，如果需要给这个外部程序传参，这里必须要写上字符串，至于字符串内容任意
       -a，-l，-h：给外部程序 ls 传的参数
       NULL：这个必须写上，代表给外部程序 ls 传参结束
    */
    char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL};
    // /bin/ls：外部程序，这里是/bin目录的 ls 可执行程序，必须带上路径（相对或绝对）
    // arg： 上面定义的指针数组地址
    execv("/bin/ls", arg);
    perror("execv");
    return 0;
}  execlp() 或 execl() 示例代码：
 
execlp() 和 execl() 的区别在于，execlp() 指定的可执行程序可以不带路径名，如果不带路径名的话，会在环境变量 PATH指定的目录里寻找这个可执行程序，而 execl() 指定的可执行程序，必须带上路径名。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    // 第一个参数 "ls"，没有带路径名，在环境变量 PATH 里寻找这个可执行程序
    // 其它参数用法和 execl() 一样
    execlp("ls", "ls", "-a", "-l", "-h", NULL);
    /*
    char *arg[]={"ls", "-a", "-l", "-h", NULL};
    execvp("ls", arg);
    */
    perror("execlp");
    return 0;
}
execle() 或 execve() 示例代码：
execle() 和 execve() 改变的是 exec 启动的程序的环境变量（只会改变进程的环境变量，不会影响系统的环境变量），其他四个函数启动的程序则使用默认系统环境变量。
execle()示例代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h> // getenv()
int main(int argc, char *argv[])
{      // getenv() 获取指定环境变量的值
    printf("before exec：USER=%s, HOME=%s\n", getenv("USER"), getenv("HOME"));
    // 指针数据
    char *env[]={"USER=MIKE", "HOME=/tmp", NULL};
    /* ./mike：外部程序，当前路径的 mike 程序，通过 gcc mike.c -o mike 编译
        mike：这里没有意义
        NULL：给 mike 程序传参结束
        env：改变 mike 程序的环境变量，正确来说，让 mike 程序只保留 env 的环境变量
     */
    execle("./mike", "mike", NULL, env);
    /*
    char *arg[]={"mike", NULL};
    execve("./mike", arg, env);
    */
    perror("execle");
    return 0;
}