8.10 exec函数

用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程完全由新程序代换，而新程序则从其m a i n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。

有六种不同的exec函数可供使用，它们常常被统称为exec函数。这些exec函数都是U N I X进程控制原语。用fork可以创建新进程，用exec可以执行新的程序。exit函数和两个wait函数处理终止和等待终止。这些是我们需要的基本的进程控制原语。在后面各节中将使用这些原语构造另外一些如popen和system之类的函数。

#include <unistd.h>

int execl(const char *pathname, const char * a rg 0, ... /* (char *) 0 */);

int execv(const char *pathname, char *const a rgv [] );

int execle(const char *pathname, const char * a rg 0, ...

/* (char *)0, char *const envp [] */);

int execve(const char *pathname , char *const a rgv [], char *consten vp [] );

int execlp(const char *filename, const char * a rg 0, ... /* (char *) 0 */);

int execvp(const char *filename, char *const a rgv [] );

//六个函数返回：若出错则为- 1，若成功则不返回

可以看出这些函数的区别是前4个取路径名为参数，后2个则取文件名作为参数。

当指定filename时：

• 如果filename中包含/，则就将其视为路径名。

• 否则就按PAT H环境变量，在有关目录中搜寻可执行文件。

PAT H变量包含了一张目录表(称为路径前缀)，目录之间用冒号( : )分隔。例如下列n a m e = value环境字符串：

P A T H = / bin : / u s r / bin : / u s r / l o c a l / bin :.

如果execlp和exec v p中的任意一个使用路径前缀中的一个找到了一个可执行文件，但是该文件不是由连接编辑程序产生的机器可执行代码文件，则就认为该文件是一个shell脚本，于是试着调用/bin/sh，并以该filename作为shell的输入。不是可执行代码就是shell脚本。

第二个区别与参数表的传递有关( l表示表( l i s t )，v表示矢量( vector ) )。函数execl、execlp和execle要求将新程序的每个命令行参数都说明为一个单独的参数。这种参数表以空指针结尾。对于另外三个函数( exec v, exec v p和exec v e )，则应先构造一个指向各参数的指针数组，然后将该数组地址作为这三个函数的参数。

在使用ANSI C原型之前，对execl , execle和execlp三个函数表示命令行参数的一般方法是：

char * arg0 , char *arg 1, ..., char *arg n, (char *) 0

应当特别指出的是：在最后一个命令行参数之后跟了一个空指针。如果用常数0来表示一个空指针，则必须将它强制转换为一个字符指针，否则它将被解释为整型参数。如果一个整型数的

长度与char *的长度不同，exec函数实际参数就将出错。

最后一个区别与向新程序传递环境表相关。以e结尾的两个函数（ execle和exec v e）

可以传递一个指向环境字符串指针数组的指针。其他四个函数则使用调用进程中的environ变量为新程序复制现存的环境。（回忆7 . 9节及表7 - 2中对环境字符串的讨论。其中曾提及如果系统支持s e t e n v和p u t e n v这样的函数，则可更改当前环境和后面生成的子进程的环境，但不能影响父进程的环境。）通常，一个进程允许将其环境传播给其子进程，但有时也有这种情况，进程想要为子进程指定一个确定的环境。例如，在初始化一个新登录的shell时， login程序创建一个只定义少数几个变量的特殊环境，而在我们登录时，可以通过shell起动文件，将其他变量加到环境中。在使用ANSI C 原型之前， execle 的参数是：

char * pathname, char *arg 0, ⋯, char *arg n, (char *)0, char *envp[ ]

从中可见，最后一个参数是指向环境字符串的各字符指针构成的数组的指针。而在ANSI C原型中，所有命令行参数，包括空指针， envp指针都用省略号(⋯)表示。

这六个exec函数的参数很难记忆。函数名中的字符会给我们一些帮助。字母p表示该函数取filename作为参数，并且用PAT H环境变量寻找可执行文件。字母l表示该函数取一个参数表，它与字母v互斥。v表示该函数取一个argv[ ]。最后，字母e表示该函数取envp[ ] 数组，而不使用当前环境。表8 - 4显示了这六个函数之间的区别。

每个系统对参数表和环境表的总长度都有一个限制。在表2 - 7中，这种限制是A R G _ M A X。在P O S I X . 1系统中，此值至少是4 0 9 6字节。当使用shell的文件名扩充功能产生一个文件名表时，可能会受到此值的限制。例如，命令

grep _POSIX_SOURCE /usr/include/*/*.h

在某些系统上可能产生下列形式的shell错误：

arg list too long

前面曾提及在执行exec后，进程ID没有改变。除此之外，执行新程序的进程还保持了原进程的下列特征：

• 进程ID和父进程ID。

• 实际用户ID和实际组ID。

• 添加组ID。

• 进程组ID。

• 对话期ID。

• 控制终端。

• 闹钟尚余留的时间。

• 当前工作目录。

• 根目录。

• 文件方式创建屏蔽字。

• 文件锁。

• 进程信号屏蔽。

• 未决信号。

• 资源限制。

• tms_utime, tms_stime, tms_cutime以及t m s _ u s time值。

对打开文件的处理与每个描述符的exec关闭标志值有关。见图3 - 1以及3 . 1 3 节中对F D _ C L O EXEC的说明，进程中每个打开描述符都有一个exec关闭标志。若此标志设置，则在执行exec时关闭该描述符，否则该描述符仍打开。除非特地用f c n t l设置了该标志，否则系统的默认操作是在exec后仍保持这种描述符打开。

P O S I X . 1明确要求在exec时关闭打开目录流（见4 . 2 1节中所述的o p e n d i r函数）。这通常是由o p e n d i r函数实现的，它调用f c n t l函数为对应于打开目录流的描述符设置exec关闭标志。

注意，在exec前后实际用户ID和实际组ID保持不变，而有效ID是否改变则取决于所执行程序的文件的设置-用户- ID位和设置-组- ID位是否设置。如果新程序的设置-用户- ID位已设置，则有效用户ID变成程序文件所有者的ID，否则有效用户ID不变。对组ID的处理方式与此相同。在很多U N I X实现中，这六个函数中只有一个exec v e是内核的系统调用。另外五个只是库函数，它们最终都要调用系统调用。这六个函数之间的关系示于图8 - 2中。在这种安排中，库函数execlp 和execvp 使用PAT H环境变量查找第一个包含名为filename的可执行文件的路径名前缀。

6个exec函数之间的关系

程序8 - 8例示了exec函数。

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/wait.h>

char *env_init[] = { "USER=unknown", "PATH=/tmp", NULL };

int main(void)

{

      pid_t pid;

if ((pid = fork()) < 0) {

           perror("fork error");

      } else if (pid == 0) {    /* specify pathname, specify environment */

if (execle("/usr/bin/lscpu", "lscpu", "myarg1",

"MY ARG2", (char *) 0, env_init) < 0)

                 perror("execle error");

      }

if (waitpid(pid, NULL, 0) < 0)

           perror("wait error");

if ((pid = fork()) < 0) {

           perror("fork error");

      } else if (pid == 0) {    /* specify filename, inherit environment */

if (execlp("ls", "ls", ".", (char *) 0) < 0)

                 perror("execlp error");

      }

      exit(0);

}

在该程序中先调用execle，它要求一个路径名和一个特定的环境。下一个调用的是execlp，它用一个文件名，并将调用者的环境传送给新程序。execlp在这里能够工作的原因是因为目录/ bin是当前路径前缀之一。注意，我们将第一个参数（新程序中的a rgv [0]）设置为路径名的文件名分量。某些shell将此参数设置为完全的路径名。

在程序8 - 8中要执行两次的程序e c h o a l l示于程序8 - 9中。这是一个普通程序，它回送其所有命令行参数及其全部环境表。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

int i;

char **ptr;

extern char **environ;

for (i = 0; i < argc; i++)    /* echo all command-line args */

           printf("argv[%d]: %s\n", i, argv[i]);

for (ptr = environ; *ptr != 0; ptr++)   /* and all env strings */

           printf("%s\n", *ptr);

      exit(0);

}