【进程控制】进程程序替换的原理以及exec函数族

替换原理

在Linux中，进程的程序替换（Process Program Replacement）是指一个正在运行的进程使用exec函数族系统调用来加载并执行另一个程序的过程。这个新程序将替换掉原先正在执行的程序，成为该进程的新执行体，且会继承原先进程的一些属性，比如进程PID等。注意exec表示的是一个函数族，linux并没有这个函数，一共有 6 个：

进程=PCB+代码段+数据段

进程替换就是PCB信息基本保持不变，代码段和数据段被新程序替换。包括PID和PPID，在我们看来，程序被替换后可能执行完全不同的程序，这是我们程序员能直接感受到的。但是对于操作系统来说，它只认PID。只要PID没有变，那么就认为这个进程还是原来的进程。

这样做的好处是，可以在不创建新进程的情况下，动态地改变一个进程的执行代码和环境，从而实现程序的动态加载和替换。

可以理解为夺舍？

我们常用子进程去执行另一个完全不同于父进程的程序。例如我们的bash进程执行命令。本来作为bash的子进程，代码和数据都是基本一致的，但是根据实际需求，子进程需要执行指令，也就需要将指令程序替换进来。

观察以下发生程序替换的例子：

exec函数族

有七种以exec开头的函数,可以实现进程的程序替换。

#include <unistd.h>`

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[]);

这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。 如果调用出错则返回-1 所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。

以上函数功能相似，在不用的场景下选择合适的函数。

解释函数名

exec函数族中函数带 p(比如execlp、execvp)的表示会自动搜索环境变量PATH.类似的函数名出现以下字符都表示特定的意义：

l(list):表示参数采用列表。

v(vector):表示参数用数组。

e(env) : 表示自己维护环境变量

解释参数

path表示的是可执行文件的路径

arg表示命令行参数的某个元素。第一个必须是程序名，其余每一个arg参数表示一条选项用逗号隔开。最后以NULL结尾（具体用法看上面例子）。

file表示可执行文件名，在execvp、execlp中会在其环境变量中去找。

enp[]表示环境变量数组，可提供给替换程序作为环境变量

argv[]表示命令行参数数组，以命令名为首，以NULL结尾。给替换程序提供命令选项。

事实上,只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve,所以execve在man手册 第2节(系统调用),其它函数在man手册第3节（库函数）。

这些函数之间的关系如下图所示：