进程替换讲解

1. 基本概念

1.1 进程替换 vs. 进程创建

进程创建：使用fork()或clone()等系统调用创建一个新的子进程，子进程是父进程的副本，拥有相同的代码和数据。
进程替换：使用exec系列函数在当前进程中加载并执行一个新的程序，替换掉当前进程的映像，但保留PID、文件描述符等资源。

1.2 `exec`系列函数

exec系列函数用于在当前进程中执行一个新程序。常见的exec函数包括：

这些函数的命名规则如下：

前缀：exec
中间部分：
- l（list）：参数以列表形式传递。
- v（vector）：参数以数组形式传递。
后缀：
- e：允许传递环境变量。
- p：使用PATH环境变量来查找可执行文件。

2. 常用的`exec`函数

2.1 `execl()`

函数原型：

#include <unistd.h>int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char  *) NULL */);

参数：

path：要执行的可执行文件的路径。
arg：第一个参数，通常是程序名。
...：可变参数列表，以NULL结尾。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {printf("Before execl\n");execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);// 如果execl成功，以下代码不会执行perror("execl failed");return 1;
}

2.2 `execv()`

函数原型：

#include <unistd.h>int execv(const char *path, char *const argv[]);

参数：

path：要执行的可执行文件的路径。
argv：参数数组，以NULL结尾。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {char *args[] = { "ls", "-l", NULL };printf("Before execv\n");execv("/bin/ls", args);// 如果execv成功，以下代码不会执行perror("execv failed");return 1;
}

2.3 `execlp()`

函数原型：

#include <unistd.h>int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char  *) NULL */);

参数：

file：可执行文件名，会在PATH环境变量中查找。
arg：第一个参数，通常是程序名。
...：可变参数列表，以NULL结尾。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {printf("Before execlp\n");execlp("ls", "ls", "-l", NULL);// 如果execlp成功，以下代码不会执行perror("execlp failed");return 1;
}

2.4 `execvp()`

函数原型：

#include <unistd.h>int execvp(const char *file, char *const argv[]);

参数：

file：可执行文件名，会在PATH环境变量中查找。
argv：参数数组，以NULL结尾。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {char *args[] = { "ls", "-l", NULL };printf("Before execvp\n");execvp("ls", args);// 如果execvp成功，以下代码不会执行perror("execvp failed");return 1;
}

2.5 `execle()`

函数原型：

#include <unistd.h>int execle(const char *path, const char *arg, ... /* (char  *) NULL, char * const envp[] */);

参数：

path：要执行的可执行文件的路径。
arg：第一个参数，通常是程序名。
...：可变参数列表，以NULL结尾。
envp：环境变量数组。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main() {char *env[] = { "PATH=/bin", NULL };printf("Before execle\n");execle("/bin/ls", "ls", "-l", NULL, env);// 如果execle成功，以下代码不会执行perror("execle failed");return 1;
}

2.6 execvpe()

#include <unistd.h>int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

参数

file：要执行的可执行文件的名称。如果 file 中包含斜杠 (/)，则将其视为路径名，直接尝试执行。(如果 file 不包含斜杠，则会在 PATH 环境变量指定的目录中查找可执行文件。)
argv：参数数组，以 NULL 结尾。argv[0] 通常是程序名。
envp：环境变量数组，以 NULL 结尾。每个环境变量以 "NAME=VALUE" 的形式表示。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main() {// 要执行的程序及其参数char *args[] = { "printenv", "MY_VAR", NULL };// 自定义环境变量char *env[] = { "MY_VAR=HelloWorld", "PATH=/bin:/usr/bin", NULL };printf("Before execvpe\n");// 执行程序if(execvpe("printenv", args, env) == -1) {perror("execvpe failed");exit(1);}// 如果 execvpe 成功，以下代码不会执行return 0;
}

2.7 `execve()（这个上面查库没有，要单独查）`

函数原型：

参数：

pathname：要执行的可执行文件的路径。
argv：参数数组，以NULL结尾。
envp：环境变量数组。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main() {char *args[] = { "ls", "-l", NULL };char *env[] = { "PATH=/bin", NULL };printf("Before execve\n");execve("/bin/ls", args, env);// 如果execve成功，以下代码不会执行perror("execve failed");return 1;
}

3. 错误处理

大多数exec函数在成功时不会返回，如果失败则返回-1，并设置errno变量。常见的错误包括：

ENOENT：文件不存在。
EACCES：权限不足。
ENOEXEC：可执行文件格式错误。

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {if(execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL) == -1) {perror("execl failed");}// 如果execl成功，以下代码不会执行return 1;
}