Linux进程程序替换

调用 exec 函数。

内核从指定文件中读入程序代码，替换当前进程的地址空间（代码段、数据段、堆、栈等）。

新程序从 main 函数开始执行，进程 PID 保持不变，文件描述符（除非设置了 close-on-exec）通常保持打开。

如果 exec 调用失败，则返回 -1，原进程继续执行；如果成功，exec 不返回（因为原程序已被覆盖）。

二、替换函数（exec 族）

Linux 提供了六个以 exec 开头的函数，统称为 exec 族函数。它们都用于执行程序替换，但参数形式和搜索路径方式不同。函数原型如下（需包含头文件 <unistd.h>）：

#include <unistd.h>

extern char **environ;

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

1. execl

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
功能：根据指定的路径 path 执行程序。

参数：

path：要执行的程序的完整路径（如 /bin/ls）。

arg：程序的第一个参数（即 argv[0]），通常为程序名本身。

...：变长参数列表，依次传递程序的后续参数，最后必须以 (char *)NULL 结尾。

示例：
execl("/bin/ls", "ls", "-l", "/home", NULL);

2. execlp

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
功能：根据文件名 file 在 PATH 环境变量指定的目录中搜索可执行文件，然后执行。

参数：

file：程序文件名（如 ls），系统会在 PATH 路径下查找。

arg 和变长参数同 execl。

示例：
execlp("ls", "ls", "-l", "/home", NULL);

3. execle

int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
功能：根据路径执行程序，并自定义环境变量。

参数：

path：程序路径。

arg 和变长参数同 execl，但最后需要额外提供一个环境变量数组 envp。

envp：字符串数组，每个元素格式为 "key=value"，以 NULL 结尾。新程序将使用这个环境表，而不是继承当前进程的 environ。
示例：
char *env[] = {"HOME=/tmp", "USER=test", NULL};
execle("/bin/bash", "bash", NULL, env);

4. execv

int execv(const char *path, char *const argv[]);
功能：根据路径执行程序，参数通过数组传递。

参数：

path：程序路径。

argv：以 NULL 结尾的字符串数组，第一个元素为程序名，后续为参数。
示例：
char *args[] = {"ls", "-l", "/home", NULL};
execv("/bin/ls", args);

5. execvp

int execvp(const char *file, char *const argv[]);
功能：根据文件名在 PATH 中搜索程序，参数通过数组传递。

参数：

file：程序文件名。

argv：同 execv 的参数数组。
示例：
char *args[] = {"ls", "-l", "/home", NULL};
execvp("ls", args);

6. execve

int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
功能：根据路径执行程序，参数通过数组传递，并自定义环境变量。

参数：

path：程序路径。

argv：参数数组。

envp：环境变量数组。
示例：
char *args[] = {"bash", NULL};
char *env[] = {"HOME=/tmp", "USER=test", NULL};
execle("/bin/bash", "bash", NULL, env);

四、命名理解

exec 族函数的名字很有规律，可以帮助记忆：

l (list)：表示参数以列表形式传递（即 execl、execlp、execle 中的 l）。这类函数使用变长参数逐个列出参数，最后以 NULL 结尾。

v (vector)：表示参数以数组（向量）形式传递（即 execv、execvp、execve 中的 v）。这类函数接受一个以 NULL 结尾的字符串数组作为参数。

p (PATH)：表示会在环境变量 PATH 中搜索程序文件（即 execlp、execvp 中的 p）。如果不带 p，则必须提供完整的路径名。

e (environment)：表示可以传递自定义的环境变量数组（即 execle、execve 中的 e）。如果不带 e，新程序继承当前进程的环境变量。

因此，函数名就暗示了它的参数形式和搜索行为：

execl = 参数列表（l） + 路径（无 p）

execlp = 参数列表（l） + 搜索 PATH（p）

execle = 参数列表（l） + 自定义环境（e）

execv = 参数向量（v） + 路径（无 p）

execvp = 参数向量（v） + 搜索 PATH（p）

execve = 参数向量（v） + 自定义环境（e）

五、示例代码

1. execl和execv

2. execlp和execvp

3. execle和execve

六、注意事项

程序替换后，原进程的代码不再执行：exec 成功后，新程序从 main 开始，原来的代码段完全被覆盖。

文件描述符默认保持打开：除非设置了 FD_CLOEXEC 标志，否则 exec 后文件描述符仍然打开，新程序可以继续使用。

信号处理：exec 会将原先设置为捕获的信号恢复为默认动作，但忽略的信号（SIG_IGN）保持不变。

进程属性：进程 PID、父进程 PID、进程组、会话、当前工作目录、根目录、资源限制等大多数属性保持不变。

环境变量继承：默认情况下，新程序继承当前进程的环境变量（通过 environ）。使用带 e 的函数可以完全替换环境。

PATH 搜索：带 p 的函数使用环境变量 PATH 查找程序。如果 PATH 未设置，则使用默认路径（通常为 :/bin:/usr/bin）。注意：出于安全考虑，若程序具有 set-user-ID 权限，可能会忽略 PATH 搜索或限制。

参数列表必须以 NULL 结尾：无论是变长参数还是数组，最后一个元素必须是 (char *)NULL，否则 exec 无法确定参数终点。