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进程程序替换
1. 前言2. exec系列函数的认识3. execl系列函数4. execv系列函数5. 程序替换的使用场景6. 自我实现一个bash解释器7. 内建命令的特殊性8. 总结以及拓展
1. 前言
本篇文章是进程控制的最后一篇文章
有时我们遇见这种场景:子进程被创建
出来后并不想执行父进程的代码,而是
想去执行其他程序的代码来完成任务,
于是在这种场景下,程序替换显得很重要!
本章重点:
本篇文章着重讲解进程程序替换 的exec系列函数的用法(一共六个), 并且自主实现一个bash解释器. 最后拓展如何使用C调用其他语言的程序
2. exec系列函数的认识
在fork之后如果子进程想要执行一个 全新的程序,就需要用到此系列函数!
这里一共有六个函数,但是它们都有 一定的规律,并不难记忆!它们都是失败 返回-1首先先介绍一个最简单的函数: execl
它的参数分别代表:要执行的程序的路径 以及名字,和如何执行此程序
先使用再解释:
int main()
{
printf("我要进行程序替换了...\n");
int n = execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
if(n==-1)
{
perror("execl");
}
printf("程序替换完毕!\n");
return 0;
}
现象:
可以发现,在打印完:我要进行程序替换 后,就去执行了ls程序了,并且执行完后 并没有打印"程序替换完成"!
表面execl后,会将当前进程的代码和数据 进行替换,包括还没执行的代码!
3. execl系列函数
首先,execl隶属于exec系列,加上l, l就是list,相当于要把执行的程序的路径 给列举出来,execl系列中还有 execlp和execle,现在来讲解这两个
execlp函数解析:
int main()
{
printf("我要进行程序替换了...\n");
int n = execlp("ls","-l",NULL);
if(n==-1)
{
perror("execl");
}
printf("程序替换完毕!\n");
return 0;
}
可以发现,使用execlp函数即使不加上 路径也可以找到程序,并且允许它,但是 这是为什么呢?带上p,p也就是PATH 环境变量,所以系统会去环境变量PATH 中找路劲,若找到就直接执行它!
execle函数解析:
int main()
{
const char* _env[]={"MY_ENV=666",NULL};
printf("我要进行程序替换了...\n");
int n = execle("/usr/bin/ls","ls","-l",NULL,_env);//自己定义一个环境变量MY_ENV=666传递给要去执行的程序
if(n==-1)
{
perror("execl");
}
printf("程序替换完毕!\n");
return 0;
}
execle可以在执行其他程序前, 传入自己定义的环境变量,方便后续 程序的执行!e也就是env的简写
4. execv系列函数
execv系列函数即为将l换成了v, v就是vector,数组,也就是利用 数组来传参
execv函数解析:
int main()
{
char* const set[]={"ls","-a","-l",NULL};
printf("我要进行程序替换了...\n");
int n = execv("/usr/bin/ls",set);
if(n==-1)
{
perror("execl");
}
printf("程序替换完毕!\n");
return 0;
}
将我们要执行程序的方法用数组存起来 如何再把数组传过去!后面的execvp和 execvpe函数也就很好理解了,加上p无非 就是去环境变量PATH中找路径,加上e也 就是给要去执行的程序传入环境变量,仅此而已!
5. 程序替换的使用场景
其实一般情况下,程序替换都不是将 自己替换掉,而是创建子进程去替换, 让子进程去干活,而父进程当"监工"
在这种场景下,我们可以很自然的想到 bash解释器的工作原理可能就是创建 子进程去执行任务,而bash父进程本身 就需要获取指令,并传达命令即可!
首先,bash解释器一定是一个while 死循环,因为它会不断给我们打印信息: 当然这个消息你可以自定义处理
int main()
{
while(1)
{
//打印提示信息
printf("[kwy@localhost myshell]# ");
fflush(stdout);
......
}
return 0;
}
我们先把bash的整体结构分析一下, 然后在一步一步的实现它:
首先我们需要定义两个数组A和B A用来存放用户输入的所有字符串 B用来存放以空格打散后的字符串 第二步,获取用户输入的字符串后, 将字符串以空格为分割打散 第三步,创建子进程使用exec系列 函数去执行用户输入的指令 而bash本身充当监工的角色等待子进程死亡
6. 自我实现一个bash解释器
首先先创建两个数组备用 然后再接收用户的输入
#define NUM 1000
#define SIZE 16
char cmd_line[NUM];//保存完整的命令行字符串
char* my_argv[SIZE];//保存打散后的字符串
if(fgets(cmd_line,sizeof cmd_line,stdin)==NULL)//用fgets将标准输入输入到数组中
continue;
cmd_line[strlen(cmd_line)-1] = '\0';//将输入的换行符给清除掉
接下来就是将字符串以空格为分割打散了 在C语言的学习时有strtok函数可以帮助 我们解决这个问题,它的功能如下:
这里默认大家知道这个函数的用法了 所以我直接将分割字符串的代码写出来:
//命令行字符串解析:以空格为分割打散
my_argv[0]=strtok(cmd_line," ");//提出第一部分
int index=1;
while(my_argv[index++] = strtok(NULL," "));//第二次调用strtok时若还想解析第一次调用的字符串,则传NULL
这段代码写完后,字符串就已经被我们 分割成了几个小字符串了,比如用户输入 “ls -a -l"就转换成了"ls”,“-a”,"-l"了,接下来 只需创建子进程完成任务即可!
//shell运行原理：通过子进程执行命令，父进程等待&&解析命令
//命令行解释器是一个常驻程序
#define NUM 1000
#define SIZE 16
char cmd_line[NUM];//保存完整的命令行字符串
char* my_argv[SIZE];//保存打散后的字符串
int main()
{
while(1)
{
//打印提示信息
printf("[kwy@localhost myshell]# ");
fflush(stdout);
memset(cmd_line,'\0',sizeof cmd_line);
//获取用户的键盘输入
if(fgets(cmd_line,sizeof cmd_line,stdin)==NULL)
continue;
cmd_line[strlen(cmd_line)-1] = '\0';//将输入的换行符给清除掉
//命令行字符串解析:以空格为分割打散
my_argv[0]=strtok(cmd_line," ");//提出第一部分
int index=1;
while(my_argv[index++] = strtok(NULL," "));//第二次调用strtok时若还想解析第一次调用的字符串,则传NULL
//fork后子进程去完成任务
pid_t id=fork();
if(id == 0)//子进程
{
printf("下面的功能让子进程执行\n");
//当执行cd等命令时,改变的是子进程的路径,而父进程的路径没变
execvp(my_argv[0],my_argv);
exit(1);//执行失败就返回1
}
//父进程的代码,当监工
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1,&status,0);
if(ret>0) printf("exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));
}
return 0;
}
关于代码的解释都在注释中 如果你还有哪个地方不懂,欢迎私信
7. 内建命令的特殊性
在实现bash时,可能会遇见一个问题: 就是cd指令进入某个文件夹似乎没用
这一点其实很好理解,因为指令cd是 进入某个文件夹,而进入此文件夹当然 是当前进程进入了,如果创建了子进程 去进去文件夹,由于写时拷贝的原因,父 进程并不会进去,所以对于像cd这样的 指令我们称为内建命令,也就是不能让 子进程来完成的命令,只能父进程亲自动手!
if(strcmp(my_argv[0],"cd")==0)
{
if(my_argv[1]!=NULL)
chdir(my_argv[1]);
continue;//直接跳到while(1)处
}
chdir即为切换当前的工作目录
内建命令不止cd,像export,kill 和history等等也是内建命令!
8. 总结以及拓展
进程程序替换可以帮助我们完成很多 任务,制作一个简易的bash解释器只是 众多应用中的一个,随着我们学习的深入 你还会发现新大陆!
对于程序替换的拓展:
在Linux下,C语言程序不仅可以替换成 C语言程序去执行,还可以替换成python 或Java甚至是bash等程序去执行它们 语言的代码:
比如python脚本:
#! /usr/bin/python3.6
print("hello Python/n")
运行命令: python test.py
将进程替换为Python程序：execlp("python", "python", "test.py", NULL);
这样就可以直接在C程序上执行python代码了!
下期预告:基础IO
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