文章目录
- 1. 程序替换
- 1.创建子进程的目的是什么？
- 2.了解程序是如何进行替换的
- 3. 程序替换的基本原理
- 当创建进程的时候，先有进程数据结构，还是先加载代码和数据？
- 程序替换是整体替换，不是局部替换
- execl 返回值
- 4. 替换函数
- 1. execl
- 2. execv
- 3. execlp
- 4. execvp
- 5. execle
- 2. 自定义shell
- 缓冲区问题
- fgets 使用出现空格问题
- 完整代码
- 动图演示
1. 程序替换
1.创建子进程的目的是什么？
目标：为了让子进程帮父进程执行特定的任务
- 具体做法：1. 让子进程执行父进程的一部分代码
红框中的代码实际上是父进程的代码，在没有执行fork之前代码就有了，在没有创建子进程之前，父进程的代码加载到内存了，子进程被创建出来是没有独立的代码，这个代码是父进程的代码，父进程通过if判断分流让子进程去跑了
- 2.创建一个子进程不执行父进程的代码，而是让子进程在磁盘当中执行全新的程序，这种操作称之为进程的程序替换
2.了解程序是如何进行替换的
程序替换函数 execl
输入 man execl 查看程序替换接口
int execl(const char *path, const char *arg, …);
括号内部的 . . . 称为 可变参数列表，可以给c函数传递任意个数的参数
第一个参数为 要执行什么命令
第二个参数 为 要怎样执行程序
最后以NULL结尾表示参数传完了
创建test.c文件并输入以下内容
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
printf("begin......\n");
printf("begin......\n");
printf("begin......\n");
printf("begin......\n");
execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
printf("end........\n");
printf("end........\n");
printf("end........\n");
printf("end........\n");
}
运行可执行程序发现，只有begin 以及执行 ls -l -a显示的指令
再次修改test.c文件内容如下
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
printf("begin......\n");
printf("begin......\n");
printf("begin......\n");
printf("begin......\n");
printf("我已经是一个进程啦，我的PID:%d\n",getpid());
execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
printf("end........\n");
printf("end........\n");
printf("end........\n");
printf("end........\n");
}
test.c 经过编译形成mytest可执行程序，./可执行程序就变成进程了，CPU调度进程 ，打印出代码中的打印语句，同时调用程序替换execl，将ls程序执行起来了
[yzq@VM-8-8-centos nn]$ file /bin/ls
/bin/ls: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=c8ada1f7095f6b2bb7ddc848e088c2d615c3743e, stripped
使用的 /bin/ls 命令 实际上是一个可执行程序，所以ls程序是在磁盘上的
前面执行的是自己代码的一部分，当调用execl时，将磁盘中可执行程序替换当前进程的代码和数据
后半部分就不执行自己的代码了，执行ls所对应的代码 ，这个现象就叫做程序替换
程序替换就是让一个进程去执行另一个在磁盘中的程序，让一个进程把一个新的程序运行起来
3. 程序替换的基本原理
当前的进程执行当前代码时，如果执行了函数execl等接口，就会根据你所传入的程序的路径以及你要执行的名称及选项，把磁盘当中的一个其他的程序加载到对应的内存，
用新程序的代码替换当前进程的代码段，用当前进程的数据替换老进程的数据段
站在进程的角度
进程的程序替换有没有创建新的进程呢？
没有，只是将新的程序加载到当前进程的代码段和数据段，用CPU去调度当前进程就可以跑起来了
站在程序的角度
程序被加载了内存中，就可以称程序替换的接口(execl) 为加载器
当创建进程的时候，先有进程数据结构，还是先加载代码和数据？
修改test.c文件为以下内容
#include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
4 int main()
5 {
6 execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL); 7 }
此时运行可执行程序，自己就写了一个ls命令
创建子进程，让子进程调用execl，在调用execl把代码和数据加载到内存
所以当创建进程的时候，先有进程数据结构，再加载代码和数据
程序替换是整体替换，不是局部替换
修改test.c文件内容如下
#include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
4 #include<sys/wait.h>
5 int main()
6 {
7 pid_t id=fork();
8 if(id==0)
9 {
10 //child
11 printf("我是子进程:%d\n",getpid());
12 execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
13 }
sleep(5);
14 printf("我是父进程:%d\n",getpid());
15 waitpid(id,NULL,0);
16 }
查看子进程完成替换后会不会影响父进程，如果影响父进程，就不应该打印父进程的这句话了
过了5秒钟，父进程结果打印出来，说明父进程不受子进程影响
程序替换只会影响调用进程，进程具有独立性
父子进程都有自己独立的PCB 地址空间 页表 也会自己的映射关系
虽然代码有可能是跟父进程共享，当子进程进行程序替换的时候，子进程会加载新进程的代码和数据
操作系统会发生写时拷贝，将代码和数据进行区分 ，使子进程形成新的映射关系，从而使子进程不会影响到父进程
execl 返回值
如果出错了，execl返回值为-1
修改test.c文件内容如下
#include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
4 #include<sys/wait.h>
5 int main()
6 {
7 pid_t id=fork();
8 if(id==0)
9 {
10 //child
11 printf("我是子进程:%d\n",getpid());
12 int n=execl("/bin/lsss", "lsss", "-a", "-l", NULL);//lsss命令不存在
13 printf("you can see me:%d\n",n);
14 exit(0);
15 }
16 sleep(5);
17 printf("我是父进程:%d\n",getpid());
18 waitpid(id,NULL,0);
19 }
20
输入的lsss命令不存在，查询报错后的execl的返回值
程序替换只要成功，就会跑去执行新程序，失败了就会继续向后运行
所以execl程序替换成功不会有返回值——>如果替换失败，一定有返回值——>如果失败了，必定返回——>只要有返回值就失败了
说明不用对execl函数的返回值进行判断，只要继续向后运行一定失败
4. 替换函数
1. execl
int execl(const char *path, const char *arg, …);
l 代表 list 链表
path：代表你想执行谁 (需要带路径)
执行一个程序最基本的原则为：找到它，加载执行它
arg：你想怎么执行它(若想执行ls指令，是只执行ls，还是执行ls- l 、ls -l -a指令
在命令行怎么执行这个命令，就把参数一个一个的传递给execl就可以了
最终以NULL结尾
具体的实现以及返回值问题上面在演示程序替换时已经使用过啦
2. execv
int execv(const char *path, char *const argv[]);
v代表vector 容器
path：代表你想执行谁 (需要带路径)
把原来需要一个一个传的参数放在argv[]数组中
修改test.c文件内容
1 #include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
4 #include<sys/wait.h>
5 int main()
6 {
7 pid_t id=fork();
8 if(id==0)
9 {
10 //child
11 printf("我是子进程:%d\n",getpid());
12 char *const myargv[]={"ls", "-l", "-a",NULL};
13 execv("/bin/ls",myargv);
14 exit(0);
15 }
16 sleep(5);
17 printf("我是父进程:%d\n",getpid());
18 waitpid(id,NULL,0);
19 }
20
执行可执行程序，依旧可以执行ls指令
3. execlp
int execlp(const char *file, const char *arg, …);
带p:代表当执行程序的时候，只需要指定程序名即可，系统会自动在PATH环境变量中查找
file: 不需要传路径，只需要把在PATH环境变量的指令传过来
最后以NULL结尾
#include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<unistd.h>
4 #include<sys/wait.h>
5 int main()
6 {
7 pid_t id=fork();
8 if(id==0)
9 {
10 //child
11 printf("我是子进程:%d\n",getpid());
12 execlp("ls", "ls", "-l", "-a",NULL);
13 exit(0);
14 }
15 sleep(5);
16 printf("我是父进程:%d\n",getpid());
17 waitpid(id,NULL,0);
18 }
执行可执行程序，依旧可以执行ls指令
4. execvp
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
带p:代表当执行程序的时候，只需要指定程序名即可，系统会自动在PATH环境变量中查找
v代表vector 容器
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
//child
printf("我是子进程:%d\n",getpid());
char* const myargv[]={"ls", "-l", "-a",NULL};
execvp("ls", myargv);
exit(0);
}
sleep(5);
printf("我是父进程:%d\n",getpid());
waitpid(id,NULL,0);
}
5. execle
int execle(const char *path, const char *arg,
…, char * const envp[]);
path：代表你想执行谁 (需要带路径)
envp[]：代表自定义环境变量
如果调用程序替换时，若不想让子进程使用父进程的环境列表，想自定义环境变量，就可以自己传一个环境变量
在另一个目录中创建other.cc (以cc为结尾说明是一个c++程序)，并输入以下内容
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include<stdlib.h>
using namespace std;
int main()
{
for(int i = 0; i < 5; i++)
{
cout<< "我是另一个程序，我的pid是:"<< getpid()<<endl;
cout << " MYENV: " << (getenv("MYENV")==NULL?"NULL":getenv("MYENV")) << endl;
sleep(1);
}
return 0;
}
修改test.c文件为以下内容
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id=fork();
if(id==0)
{
//child
printf("我是子进程:%d\n",getpid());
W> char*const myenv[]={"MYENV=YouCanSeeMe", NULL};
execle("/home/mydir/my/mm/myother", "myother", NULL,myenv);
exit(0);
}
sleep(1);
printf("我是父进程:%d\n",getpid());
int status=0;
waitpid(id,&status,0);
return 0;
}
第一个路径为other.cc生成的可执行程序 myother 所在的 绝对路径
2. 自定义shell
编写极简版本的shell(bash)
目标:为了深刻的理解shell的运行原理
输入 ps ajx |grep bash ，发现bash就是一个进程
由于shell是一个进程，所以用while死循环
缓冲区问题
正常来说，运行可执行程序会显示命令行，但是由于没有\n刷新缓冲区，也没有使用相关的刷新库函数，所以命令行会一直在缓冲区中 直到 程序结束才显示，但是这是个死循环，所以什么都不会显示
执行可执行程序后即可显示命令行
fgets 使用出现空格问题
fgets 标准输入 按行获取
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
从特定的标准输入当中获取对应的命令行输入，把对应的数据放在缓冲区中
执行可执行程序后，发现在命令行中输入 ls -a ，就会打印出 ls -a,但是输入时会多出一个空行
正常来说，都会使用回车来到下一行，而这个回车被fgets读取到了
将最后的回车符替换成’\0’
此时就没有空格出现了
完整代码
: mybash.c ? ? ?? buffers
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<stdlib.h>
#define MAX 1024
#define ARGC 64
#define SEP " "
int split (char*commandstr,char*argv[])
{
assert(commandstr);
assert(argv);
argv[0]=strtok(commandstr,SEP);//在commandstr以空格作为分割符
if(argv[0]==NULL)//切割失败
{
return -1;
}
int i=1;
while(1)
{
argv[i]=strtok(NULL,SEP);//继续切割空格
if(argv[i]==NULL)
{
break;
}
i++;
}
W>}
void print(char*argv[])
{
int i=0;
for(i=0;argv[i];i++)
{
printf("%d:%s\n",i,argv[i]);
}
}
int main()
{
while(1)
{
char commandstr[MAX]={0};
char*argv[ARGC]={NULL};
printf("[yzq@mymachine currpath]# ");
fflush(stdout);
char*s= fgets(commandstr,sizeof(commandstr),stdin);
assert(s);
(void)s;//保证在release方式发布的时候，因为去掉assert了，所以s就没有被使用，而带来的编译告警, 什么都没做，但是充当一次使用
commandstr[strlen(commandstr)-1]='\0';//将最后的回车符用'\0'覆盖掉
int n= split(commandstr,argv); //从命令行中获取的字符串传入argv中
if(n!=0)
continue;//切割失败就什么都不做
// print(argv);//打印字符串
pid_t id=fork();
assert(id>=0);
(void)id;
if(id==0)
{
//child
execvp(argv[0],argv);
exit(1);
}
int status=0;
waitpid(id,&status,0);
}
}
动图演示
