嵌入式Linux：子進(jìn)程執行新程序

在 Linux 中，子進(jìn)程在創(chuàng )建后可以通過(guò) exec 系列系統調用執行一個(gè)全新的程序。這種情況下，子進(jìn)程會(huì )替換原有的代碼和數據段，運行一個(gè)新的可執行程序，但它的進(jìn)程 ID（PID）保持不變。exec 系列調用包括多個(gè)變體，常見(jiàn)的有 execl()、execv()、execle()、execve() 等，它們的主要區別在于參數傳遞方式不同。

子進(jìn)程執行新程序的流程如下：

• 創(chuàng )建子進(jìn)程：使用 fork() 創(chuàng )建子進(jìn)程。

• 調用 exec：在子進(jìn)程中調用 exec 執行新程序。

• 替換子進(jìn)程的內存映像：exec 會(huì )替換子進(jìn)程的整個(gè)內存空間，包括代碼段、數據段、堆棧等，只保留進(jìn)程的 PID 和一些特定屬性。

• 父進(jìn)程繼續執行：父進(jìn)程保持不變，繼續執行它的代碼，直到調用 wait() 等待子進(jìn)程結束。

exec 系列函數通過(guò)不同的方式傳遞參數和環(huán)境變量，能夠實(shí)現靈活的程序替換。具體函數如下：

• execve() 是最基礎的調用，允許自定義環(huán)境變量和參數。

• execl() 和 execv() 提供了簡(jiǎn)化接口，execl() 使用可變參數，execv() 使用參數數組。

• execlp() 和 execvp() 可以根據 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。

1

execve()

execve() 是最基礎的 exec 函數，所有其他 exec 系列函數都是基于它的。它直接接受路徑名、參數數組和環(huán)境變量數組。

函數原型如下：

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

參數如下：

• filename：要執行的文件的路徑（絕對或相對路徑）。

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

• envp[]：環(huán)境變量列表。

使用 execve() 執行 /bin/ls，傳遞了參數 -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};      // 參數列表    char *envp[] = {"PATH=/bin", NULL};     // 環(huán)境變量        printf("執行 ls 程序n");        if (execve("/bin/ls", argv, envp) == -1) {        perror("execve error");    }        return 0;}

2

execl()

execl() 是 execve() 的簡(jiǎn)化版本，參數以可變長(cháng)度的方式傳遞（列表形式）。最后一個(gè)參數必須是 (char *) NULL。

函數原型如下：

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

參數如下：

• path：可執行文件的路徑。

• arg：程序名稱(chēng)后接任意數量的參數，最后以 NULL 結束。

以下例子調用 execl()，通過(guò)可變參數傳遞給 ls 程序。

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

3

execlp()

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

函數原型如下：

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

參數如下：

• file：要執行的程序名（無(wú)需完整路徑）。

• arg：程序名稱(chēng)及其他參數，最后以 NULL 結束。

以下例中，execlp() 會(huì )根據 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(lèi)似于 execl()，但允許傳遞環(huán)境變量數組。

函數原型如下：

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

參數如下：

• path：可執行文件路徑。

• arg：程序名稱(chēng)及其他參數，最后以 NULL 結束。

• envp[]：環(huán)境變量數組。

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};   // 設置環(huán)境變量        printf("使用 execle 執行 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(jiǎn)化版本，不需要傳遞環(huán)境變量，只需要路徑和參數數組。

函數原型如下：

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

參數如下：

• path：可執行文件的路徑。

• argv[]：參數數組。

在該例中，execv() 使用參數數組執行 ls。

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

6

execvp()

execvp() 和 execv() 類(lèi)似，但它會(huì )根據 PATH 環(huán)境變量查找可執行文件。

函數原型如下：

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

參數如下：

• file：可執行文件的名稱(chēng)。

• argv[]：參數數組。

execvp() 不要求完整路徑，會(huì )自動(dòng)在 PATH 中查找 ls。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <unistd.h> int main(void) {    char *argv[] = {"ls", "-l", NULL};  // 參數數組     printf("使用 execvp 執行 ls 程序n");    execvp("ls", argv);  // 根據 PATH 搜索并執行程序        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。

函數原型如下：

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

參數如下：

• file：要執行的程序名稱(chēng)。

• argv[]：參數數組。

• envp[]：環(huán)境變量數組。

在以下示例中，execvpe() 使用自定義環(huán)境變量執行程序。

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

子進(jìn)程執行新程序時(shí)，可以通過(guò) exec 系列系統調用替換子進(jìn)程的內存空間，執行新的二進(jìn)制程序。exec 系列調用的不同變體提供了靈活的參數傳遞方式，適應不同場(chǎng)景需求。通過(guò)合理使用 fork() 和 exec()，可以實(shí)現高效的多進(jìn)程編程，確保資源的有效利用和進(jìn)程的靈活控制。