深入解析linuxexec()

一、linuxexec函數族

在Linux系統開發中，exec()函數族用於將當前進程的代碼替換為新的代碼，並且將原有進程的執行上下文傳遞給新的代碼。

exec()函數族中一共包含六個函數：

#include <unistd.h>

int execl(const char *pathname, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *pathname, const char *arg, ..., char * const envp[]);
int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

這些函數實現的功能類似，但參數不同且各自具有特殊的用途。下面分別進行詳細的介紹。

二、linux exec命令

除了exec()函數族外，Linux還提供了與之對應的命令：execl、execlp、execle、execv、execvp、execve。用戶可以直接在終端上使用這些命令來替換進程代碼。

Linux exec命令的語法格式如下：

execl(pathname, arg0, arg1, ..., argn, (char *)0);

execlp(file, arg0, arg1, ..., argn, (char *)0);

execle(pathname, arg0, arg1, ..., argn, envp, (char *)0);

execv(pathname, argv);

execvp(file, argv);

execve(filename, argv, envp);

其中，pathname和file表示要執行的程序路徑；arg0到argn表示程序的命令行參數；envp表示程序的環境變數，是一個字元串數組。

需要注意的是，參數列表中必須以NULL結尾，否則會出現未知錯誤。

三、linux文件描述符

進程在Linux中與外部環境進行通信，都是通過文件描述符進行的。每個進程都有自己的一組文件描述符，其值是非負整數。

文件描述符可以是以下三種類型之一：

• 標準輸入 STDIN_FILENO （值為0）
• 標準輸出 STDOUT_FILENO （值為1）
• 標準錯誤 STDERR_FILENO （值為2）

除了標準輸入、輸出、錯誤之外，每個進程還有其他的文件描述符。這些描述符可以表示打開的文件、管道、網路套接字等資源。

四、與linuxexec相關的系統調用

1. pipe()

pipe()系統調用用於創建父子進程共享的管道。管道實際上是一組文件描述符，它們連接兩個進程的輸出和輸入。

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2]);

參數fd是一個二元數組，調用成功後fd[0]表示管道的讀端文件描述符，fd[1]表示管道的寫端文件描述符。需要注意的是，fd[0]和fd[1]不能交換順序。

2. fork()

fork()系統調用用於創建一個新進程，新進程與原始進程相同，但具有不同的PID、內存空間和其他狀態。

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

調用fork()後，將會返回兩次，一次在父進程中，一次在子進程中。父進程將返回子進程的PID，子進程將返回0。

3. dup2()

dup2()系統調用用於複製文件描述符，並將其賦值給指定的文件描述符。

#include <unistd.h>

int dup2(int oldfd, int newfd);

參數oldfd是要複製的文件描述符，newfd是將要賦予複製後的文件描述符。

4. wait()

wait()系統調用用於等待任意子進程退出，並返回該子進程的PID和退出狀態。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);

如果沒有任何子進程退出，則當前進程將被掛起，直到有子進程退出。

五、完整代碼示例

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char **argv) {
    int fd[2], status;
    pid_t pid;

    if (pipe(fd) == -1) {
        perror("pipe()");
        return -1;
    }

    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork()");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0) {
        close(fd[0]);
        dup2(fd[1], STDOUT_FILENO);
        execlp("ls", "ls", "/", (char *)0);
        close(fd[1]);
        exit(0);
    }

    close(fd[1]);
    dup2(fd[0], STDIN_FILENO);
    execlp("grep", "grep", "bin", (char *)0);
    close(fd[0]);

    wait(&status);
    return 0;
}

代碼說明：

以上代碼實現了將ls命令的結果通過管道傳遞給grep命令進行過濾的功能。具體實現步驟如下：

1. 創建一個管道，用於將ls的輸出傳遞給grep。
2. 調用fork()創建一個子進程。
3. 在子進程中，將標準輸出重定向到管道的寫端，調用execlp()執行ls命令。
4. 在父進程中，將標準輸入重定向到管道的讀端，調用execlp()執行grep命令。
5. 調用wait()等待子進程退出。