嵌入式Linux：子進程執(zhí)行新程序

在 Linux 中，子進程在創(chuàng)建后可以通過 exec 系列系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行一個全新的程序。這種情況下，子進程會替換原有的代碼和數(shù)據(jù)段，運行一個新的可執(zhí)行程序，但它的進程 ID（PID）保持不變。exec 系列調(diào)用包括多個變體，常見的有 execl()、execv()、execle()、execve() 等，它們的主要區(qū)別在于參數(shù)傳遞方式不同。

子進程執(zhí)行新程序的流程如下：

• 創(chuàng)建子進程：使用 fork() 創(chuàng)建子進程。

• 調(diào)用 exec：在子進程中調(diào)用 exec 執(zhí)行新程序。

• 替換子進程的內(nèi)存映像：exec 會替換子進程的整個內(nèi)存空間，包括代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧等，只保留進程的 PID 和一些特定屬性。

• 父進程繼續(xù)執(zhí)行：父進程保持不變，繼續(xù)執(zhí)行它的代碼，直到調(diào)用 wait() 等待子進程結(jié)束。

exec 系列函數(shù)通過不同的方式傳遞參數(shù)和環(huán)境變量，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的程序替換。具體函數(shù)如下：

• execve() 是最基礎(chǔ)的調(diào)用，允許自定義環(huán)境變量和參數(shù)。

• execl() 和 execv() 提供了簡化接口，execl() 使用可變參數(shù)，execv() 使用參數(shù)數(shù)組。

• execlp() 和 execvp() 可以根據(jù) PATH 環(huán)境變量搜索程序。

• execle() 和 execvpe() 提供自定義環(huán)境變量的支持。

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execve()

execve() 是最基礎(chǔ)的 exec 函數(shù)，所有其他 exec 系列函數(shù)都是基于它的。它直接接受路徑名、參數(shù)數(shù)組和環(huán)境變量數(shù)組。

函數(shù)原型如下：

int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

參數(shù)如下：

• filename：要執(zhí)行的文件的路徑（絕對或相對路徑）。

• argv[]：參數(shù)列表（傳遞給程序的命令行參數(shù)）。第一個參數(shù)通常是程序本身的名稱。

• envp[]：環(huán)境變量列表。

使用 execve() 執(zhí)行 /bin/ls，傳遞了參數(shù) -l 和環(huán)境變量 PATH。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};      // 參數(shù)列表    char *envp[] = {"PATH=/bin", NULL};     // 環(huán)境變量        printf("執(zhí)行 ls 程序n");        if (execve("/bin/ls", argv, envp) == -1) {        perror("execve error");    }        return 0;}

2

execl()

execl() 是 execve() 的簡化版本，參數(shù)以可變長度的方式傳遞（列表形式）。最后一個參數(shù)必須是 (char *) NULL。

函數(shù)原型如下：

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

參數(shù)如下：

• path：可執(zhí)行文件的路徑。

• arg：程序名稱后接任意數(shù)量的參數(shù)，最后以 NULL 結(jié)束。

以下例子調(diào)用 execl()，通過可變參數(shù)傳遞給 ls 程序。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    printf("使用 execl 執(zhí)行 ls 程序n");    execl("/bin/ls", "ls", "-l", (char *) NULL);  // 傳遞可變長度參數(shù)列表        // 如果 exec 調(diào)用失敗，返回 -1    perror("execl error");    return 0;}

3

execlp()

execlp() 和 execl() 類似，但它不需要提供文件的完整路徑。它會在 PATH 環(huán)境變量指定的目錄中搜索可執(zhí)行文件。

函數(shù)原型如下：

int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);

參數(shù)如下：

• file：要執(zhí)行的程序名（無需完整路徑）。

• arg：程序名稱及其他參數(shù)，最后以 NULL 結(jié)束。

以下例中，execlp() 會根據(jù) PATH 環(huán)境變量查找 ls 程序的路徑。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    printf("使用 execlp 執(zhí)行 ls 程序n");    execlp("ls", "ls", "-l", (char *) NULL);  // 使用環(huán)境變量中的路徑搜索 ls 程序        perror("execlp error");    return 0;}

4

execle()

execle() 類似于 execl()，但允許傳遞環(huán)境變量數(shù)組。

函數(shù)原型如下：

int execle(const char *path, const char *arg, ... /*, (char *) NULL, char * const envp[] */);

參數(shù)如下：

• path：可執(zhí)行文件路徑。

• arg：程序名稱及其他參數(shù)，最后以 NULL 結(jié)束。

• envp[]：環(huán)境變量數(shù)組。

以下例子中，execle() 將自定義的環(huán)境變量傳遞給 ls 程序。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    char *envp[] = {"PATH=/bin", NULL};   // 設(shè)置環(huán)境變量        printf("使用 execle 執(zhí)行 ls 程序n");    execle("/bin/ls", "ls", "-l", (char *) NULL, envp);  // 傳遞環(huán)境變量        perror("execle error");    return 0;}

5

execv()

execv() 是 execve() 的簡化版本，不需要傳遞環(huán)境變量，只需要路徑和參數(shù)數(shù)組。

函數(shù)原型如下：

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

參數(shù)如下：

• path：可執(zhí)行文件的路徑。

• argv[]：參數(shù)數(shù)組。

在該例中，execv() 使用參數(shù)數(shù)組執(zhí)行 ls。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};  // 參數(shù)數(shù)組     printf("使用 execv 執(zhí)行 ls 程序n");    execv("/bin/ls", argv);  // 傳遞參數(shù)數(shù)組        perror("execv error");    return 0;}

6

execvp()

execvp() 和 execv() 類似，但它會根據(jù) PATH 環(huán)境變量查找可執(zhí)行文件。

函數(shù)原型如下：

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

參數(shù)如下：

• file：可執(zhí)行文件的名稱。

• argv[]：參數(shù)數(shù)組。

execvp() 不要求完整路徑，會自動在 PATH 中查找 ls。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};  // 參數(shù)數(shù)組     printf("使用 execvp 執(zhí)行 ls 程序n");    execvp("ls", argv);  // 根據(jù) PATH 搜索并執(zhí)行程序        perror("execvp error");    return 0;}

7

execvpe()

execvpe() 是 execvp() 的擴展，允許傳遞自定義的環(huán)境變量。

函數(shù)原型如下：

int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

參數(shù)如下：

• file：要執(zhí)行的程序名稱。

• argv[]：參數(shù)數(shù)組。

• envp[]：環(huán)境變量數(shù)組。

在以下示例中，execvpe() 使用自定義環(huán)境變量執(zhí)行程序。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};  // 參數(shù)數(shù)組    char *envp[] = {"PATH=/bin", NULL}; // 環(huán)境變量     printf("使用 execvpe 執(zhí)行 ls 程序n");    execvpe("ls", argv, envp);  // 使用 PATH 環(huán)境變量執(zhí)行程序        perror("execvpe error");    return 0;}

子進程執(zhí)行新程序時，可以通過 exec 系列系統(tǒng)調(diào)用替換子進程的內(nèi)存空間，執(zhí)行新的二進制程序。exec 系列調(diào)用的不同變體提供了靈活的參數(shù)傳遞方式，適應(yīng)不同場景需求。通過合理使用 fork() 和 exec()，可以實現(xiàn)高效的多進程編程，確保資源的有效利用和進程的靈活控制。