深入解析linuxexec()

一、linuxexec函数族

在Linux系统开发中，exec()函数族用于将当前进程的代码替换为新的代码，并且将原有进程的执行上下文传递给新的代码。

exec()函数族中一共包含六个函数：

#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[]);

这些函数实现的功能类似，但参数不同且各自具有特殊的用途。下面分别进行详细的介绍。

二、linux exec命令

除了exec()函数族外，Linux还提供了与之对应的命令：execl、execlp、execle、execv、execvp、execve。用户可以直接在终端上使用这些命令来替换进程代码。

Linux exec命令的语法格式如下：

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表示要执行的程序路径；arg0到argn表示程序的命令行参数；envp表示程序的环境变量，是一个字符串数组。

需要注意的是，参数列表中必须以NULL结尾，否则会出现未知错误。

三、linux文件描述符

进程在Linux中与外部环境进行通信，都是通过文件描述符进行的。每个进程都有自己的一组文件描述符，其值是非负整数。

文件描述符可以是以下三种类型之一：

• 标准输入 STDIN_FILENO （值为0）
• 标准输出 STDOUT_FILENO （值为1）
• 标准错误 STDERR_FILENO （值为2）

除了标准输入、输出、错误之外，每个进程还有其他的文件描述符。这些描述符可以表示打开的文件、管道、网络套接字等资源。

四、与linuxexec相关的系统调用

1. pipe()

pipe()系统调用用于创建父子进程共享的管道。管道实际上是一组文件描述符，它们连接两个进程的输出和输入。

#include <unistd.h>

int pipe(int fd[2]);

参数fd是一个二元数组，调用成功后fd[0]表示管道的读端文件描述符，fd[1]表示管道的写端文件描述符。需要注意的是，fd[0]和fd[1]不能交换顺序。

2. fork()

fork()系统调用用于创建一个新进程，新进程与原始进程相同，但具有不同的PID、内存空间和其他状态。

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

调用fork()后，将会返回两次，一次在父进程中，一次在子进程中。父进程将返回子进程的PID，子进程将返回0。

3. dup2()

dup2()系统调用用于复制文件描述符，并将其赋值给指定的文件描述符。

#include <unistd.h>

int dup2(int oldfd, int newfd);

参数oldfd是要复制的文件描述符，newfd是将要赋予复制后的文件描述符。

4. wait()

wait()系统调用用于等待任意子进程退出，并返回该子进程的PID和退出状态。

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

pid_t wait(int *status);

如果没有任何子进程退出，则当前进程将被挂起，直到有子进程退出。

五、完整代码示例

#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;
}

代码说明：

以上代码实现了将ls命令的结果通过管道传递给grep命令进行过滤的功能。具体实现步骤如下：

1. 创建一个管道，用于将ls的输出传递给grep。
2. 调用fork()创建一个子进程。
3. 在子进程中，将标准输出重定向到管道的写端，调用execlp()执行ls命令。
4. 在父进程中，将标准输入重定向到管道的读端，调用execlp()执行grep命令。
5. 调用wait()等待子进程退出。