备案控制台
开发者社区 开发与运维 文章 正文

【Linux】进程程序替换

2024-06-03 10
版权
版权声明：
本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献，版权归原作者所有，阿里云开发者社区不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《 阿里云开发者社区用户服务协议》和 《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，填写 侵权投诉表单进行举报，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。
简介： 【Linux】进程程序替换

思维导图

学习目标

      学习进程替换的原理，掌握一些exec*函数的用法。

一、进程的程序替换的原理

      用fork创建子进程后，子进程执行的是和父进程相同的程序（但有可能执行不同的代码分支），若想让子进程执行另一个程序，往往需要调用一种exec函数。

      当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，并从新程序的启动例程开始执行。这种替换类似于数据修改时的写时拷贝，不会将代码直接覆盖影响到父进程的后续代码。

      进程 = 内核数据结构 + 代码 + 数据，代码和数据是要被替换的，而内核数据结构基本不变，没有释放结构，没有创建新的进程。 我们可以通过代码来检验是否创建了子进程？

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
 
int main()
{
  printf("taskexec.....begin\n");
  pid_t id = fork();
 
  if(id == 0)
  {
    printf("child pid : %d\n", getpid());
    sleep(2);
    execvpe("./pragma", argv, environ);
    exit(1);
  }
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
  if(rid > 0)
  {
    if(WIFEXITED(status))
    {
      printf("child quit success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    else{
      printf("child quit failed\n");
    }
  }
  printf("taskexec.....end\n");
 
  return 0;
}

      站在被替换的进程的角度来看，本质上就是这个程序被加载到内存中去的。怎么将程序加载到内存中？？在Linux系统中，exec*函数类似于加载函数。

      为什么我们要先将程序加载到内存中呢？？因为冯诺依曼体系结构要求，程序先放入内存中去，CPU只会去内存去寻找数据和代码。

二、替换函数

这些函数不是系统调用，而是一些封装函数。真正的系统调用函数是execve函数：

2.1 exec*系列函数

      加载过程中需要操作系统进行，这种函数底层包括系统调用，因为要将程序加载到内存中。exec*系列函数执行完毕之后，后续的代码不见是正常的，因为代码被替换了，如果不想让后续代码被替换，我们可以使用多进程，让子进程区完成一些代码覆盖。exec*函数的返回值不用关心，只要替换成功，就不会向后走，反之，如果没有替换成功，就一定往后走。

2.2 利用多进程来进行函数替换

      利用子进程进行函数替换操作，防止父进程的后续代码被覆盖，改成多进程版。创建子进程，让子进程自己去替换，父进程进行等待操作：可以让子进程执行父进程的一份代码，或者让子进程执行一份新的代码。创建子进程是为了让子进程去完成工作，在子进程中程序替换会发生写时拷贝。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
  printf("myprocess begin.....\n");
 
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    sleep(2);
    execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
    exit(1);
  }
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
  if(rid > 0) 
  {
    printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
  }
  printf("myprocess end.....\n");
  return 0;
}

2.3 一系列exec*函数（返回值不重要）

2.3.1 execl函数

int execl(const char* path, const char* arg,...);

l(list)：列表。 列表来记录命令行中执行的命令。

execl函数的参数：第一个参数path：我们执行的程序需要带路径（怎么找到程序，用户要告诉函数）， 后面几个参数是可变参数，在命令行中怎么执行，我们就怎么进行传参。

总结：第一个参数的含义是帮我们怎么找到执行的程序，后面几个参数的含义是我们想怎么进行执行程序。

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
  printf("myprocess begin.....\n");
  execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
  printf("myprocess end.....\n");
  return 0;
}

这种函数不止能替换一些Linux指令，还能替换我们所写的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
  printf("myprocess begin.....\n");
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    sleep(2);
    execl("./test", "test", NULL);
    exit(1);
  }
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
  if(rid > 0) 
  {
    printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
  }
  printf("myprocess end.....\n");
  return 0;
}
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
 
using namespace std;
 
int main()
{
  cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
  cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
  cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
  return 0;
}

2.3.2 execv函数 

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

v(vector)：指针数组，将命令全部存储在数组中，再将数组传递给execv函数。

execv函数的参数：由原来的可变参数变成了指针数组。

代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
  printf("myprocess begin.....\n");
  char* argv[] = {
    "ls",
    "-a",
    "-l",
    NULL
  };
 
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    sleep(2);
    //execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
    execv("/usr/bin/ls", argv);
    exit(1);
  }
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
  if(rid > 0) 
  {
    printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
  }
  printf("myprocess end.....\n");
  return 0;
}

2.3.3 execvp函数

      v(vector)：指针数组，将命令全部存储在数组中，再将数组传递给execv函数。p(path)：路径，用户可以不传要执行的文件的路径（但是文件名要传递），直接告诉exec*，我要执行谁就可以。p：查找这个程序，系统会自动在环境变量PATH中进行查找。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
  printf("myprocess begin.....\n");
  char* argv[] = {
    "ls",
    "-a",
    "-l",
    NULL
  };
 
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    sleep(2);
    execvp("ls", argv);
    exit(1);
  }
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
  if(rid > 0) 
  {
    printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
  }
  printf("myprocess end.....\n");
  return 0;
}

2.3.4 execvpe函数

      v(vector)：指针数组，将命令全部存储在数组中，再将数组传递给execv函数。p(path)：路径，用户可以不传要执行的文件的路径（但是文件名要传递），直接告诉exec*，我要执行谁就可以。p：查找这个程序，系统会自动在环境变量PATH中进行查找。e(environment)：环境变量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
  printf("myprocess begin.....\n");
  char* argv[] = {
    "test",
    NULL
  };
 
  char* engv[] = {
    "haha=1111111",
    "hehe=2222222"
  };
 
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    sleep(2);
    execvpe("./test", argv, engv);
    exit(1);
  }
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
  if(rid > 0) 
  {
    printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
  }
  printf("myprocess end.....\n");
  return 0;
}
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
 
using namespace std;
 
int main(int argc, char* argv[], char* engv[])
{
  int i = 0;
  for(i = 0; argv[i]; i++)
  {
    cout << argv[i] << endl;
  }
  for(i = 0; engv[i]; i++)
  {
    cout << engv[i] << endl;
  }
  cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
  cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
  cout << "C++: pid: %d\n" << getpid() << endl;
  return 0;
}

      所以，在一个程序中的环境变量和可执行参数是父进程给予的，我们可以通过extern来观察bash进程给予的环境变量和参数部分。

extern char** environ; // 获取父进程的环境变量

   

参数环境变量有三种情况：

  • 用新的环境变量整体替换
  • 用老的环境便令
  • 只增加某一个环境变量：putenv函数
putenv函数：
#include <stdlib.h>
int putenv(char* string);

      putenv函数添加的环境变量会被添加在当前进程的环境变量表中。 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
  printf("myprocess begin.....\n");
  char* argv[] = {
    "test",
    NULL
  };
 
  char* engv[] = {
    "haha=1111111",
    "hehe=2222222"
  };
  putenv("papa=333333");
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    extern char** environ;
    sleep(2);
    execvpe("./test", argv, environ);
    exit(1);
  }
  int status = 0;
  pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
  if(rid > 0) 
  {
    printf("father wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
  }
  printf("myprocess end.....\n");
  return 0;
}

三、函数解释

  • 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，不在返回
  • 如果调用失败返回-1
  • exec函数只有出错的返回值，而没有成功的返回值
文章标签：
Linux
存储
Shell
关键词：
Linux进程
Linux程序
Linux进程程序
加油，旭杏
目录
相关文章
ALex_zry
|
18小时前
|
缓存 监控 安全
Linux top命令详解：持续监听进程运行状态
Linux top命令详解：持续监听进程运行状态
ALex_zry
12 3
听风的鱼鱼儿
|
1天前
|
监控 Linux Shell
探索Linux命令nice：优雅地调整进程优先级
`nice`命令在Linux中用于调整进程优先级，影响资源分配。它允许设置-20到19的nice值，数值越低，优先级越高。在数据处理时，使用`nice`可控制任务优先级，避免占用全部CPU资源。例如，`nice -n 10 command`以低优先级启动`command`。注意不要过度使用，应根据系统负载和需求谨慎调整。使用`renice`可改变已运行进程的优先级，生产环境操作需谨慎。
听风的鱼鱼儿
12 1
听风的鱼鱼儿
|
5天前
|
Linux 数据处理
深入了解Linux命令kill：终止进程的艺术
**Linux的`kill`命令详解：高效管理进程的工具** `kill`命令在Linux中用于向进程发送信号，如SIGTERM（默认）和SIGKILL，以终止或影响进程行为。它通过进程ID（PID）操作，支持多种信号和选项，如`-l`列出信号，`-9`强制杀进程。例如，`kill 1234`发送TERM信号，`kill -9 1234`发送KILL信号。使用时注意，SIGKILL是不可忽视的，可能导致数据丢失。配合`pgrep`和`pkill`能更灵活管理进程。了解进程依赖和使用其他命令如`ps`和`top`可优化系统资源管理。
听风的鱼鱼儿
20 2
邢仕冲的一亩三分地
|
5天前
|
Linux 程序员 芯片
【Linux驱动】普通字符设备驱动程序框架
【Linux驱动】普通字符设备驱动程序框架
邢仕冲的一亩三分地
13 1
Eternity._
|
8天前
|
Linux Shell C语言
Linux进程控制——Linux进程程序替换
Linux进程控制——Linux进程程序替换
Eternity._
14 2
游客pnral34kl5xba
|
2天前
|
监控 Linux 程序员
linux查看进程
linux查看进程
游客pnral34kl5xba
16 0
落雨便归尘
|
3天前
|
算法 Linux Shell
c++高级篇(一) —— 初识Linux下的进程控制
c++高级篇(一) —— 初识Linux下的进程控制
落雨便归尘
6 0
邢仕冲的一亩三分地
|
6天前
|
Linux
Linux如何创建进程扇和进程链
Linux如何创建进程扇和进程链
邢仕冲的一亩三分地
14 0
妄北y
|
15天前
|
消息中间件 存储 缓存
【嵌入式软件工程师面经】Linux系统编程（线程进程）
【嵌入式软件工程师面经】Linux系统编程（线程进程）
妄北y
26 1
Eternity._
|
8天前
|
Linux Shell 调度
Linux进程——Linux下常见的进程状态
Linux进程——Linux下常见的进程状态
Eternity._
18 4

热门文章

最新文章

  • 1
    Python的进程，以及进程同步，守护进程详细解读
  • 2
    Linux中如何查询每个进程和每个用户的内存使用情况？
  • 3
    【linux进程(二)】如何创建子进程?--fork函数深度剖析
  • 4
    软件体系结构 - 架构风格（6）进程通信架构风格
  • 5
    【Linux-14】进程地址空间＆虚拟空间＆页表——原理＆知识点详解
  • 6
    【Linux系列】fork( )函数原理与应用详解——了解【父子进程及其特性】(代码演示，画图帮助理解，思维导图，精简)（11）
  • 7
    深入理解操作系统之进程调度策略
  • 8
    探索Linux内核：进程调度的奥秘
  • 9
    【Linux】深度解析Linux中的几种进程状态
  • 10
    深入理解操作系统中的进程调度策略
  • 1
    【Linux】进程排队的理解&&进程状态的表述&&僵尸进程和孤儿进程的理解
    32
  • 2
    ChaosBlade常见问题之阻止chaosblade和沙盒进程如何解决
    53
  • 3
    线程同步与IPC：单进程多线程环境下的选择与权衡
    82
  • 4
    掌握 SOME/IP ：访问进程数据 构建高效通信系统的关键技术
    114
  • 5
    Linux 进程问题调查探秘：分析和排查频繁创建进程问题
    54
  • 6
    【Linux C/C++ 堆内存分布】深入理解Linux进程的堆空间管理
    153
  • 7
    Linux IPC 进程间通讯方式的深入对比与分析和权衡
    145
  • 8
    【Linux 系统标准 进程资源】Linux 创建一个最基本的进程所需的资源分析,以及线程资源与之的差异
    143
  • 9
    【软件设计师备考 专题 】操作系统的内核（中断控制）、进程、线程概念
    92
  • 10
    【Linux 进程/线程状态 】深入理解Linux C++中的进程/线程状态：阻塞，休眠，僵死
    136

    • 相关课程

    更多
  • Linux高级网络应用 - 网络管理与配置实战
  • 计算机基础与Linux入门
  • Linux基本命令
  • Linux企业运维实战 - 入门及常用命令
  • Linux Shell 编程入门与实战
  • Linux网络进阶 - TCP/IP协议及OSI七层模型

    • 相关电子书

    更多
  • Alibaba Cloud Linux 3 发布
  • ECS系统指南之Linux系统诊断
  • ECS运维指南 之 Linux系统诊断

    • 相关实验场景

    更多
  • 使用计算巢企业应用，一键获取专属的Linux服务器管理软件
  • Alibaba Cloud Linux操作系统的安装及使用
  • 观察进程的并发性
  • Alibaba Cloud Linux操作系统Shell程序
  • 手动部署MySQL数据库（Alibaba Cloud Linux 2）
  • 部署并使用Docker（Alibaba Cloud Linux 3）

    • 推荐镜像

    更多
  • mxlinux-iso
  • archlinuxarm
  • archlinuxcn
    • 下一篇
    2024年阿里云免费云服务器及学生云服务器申请教程参考