Linux-exec函数族和system函数-编程知识

参考资料：《Linux环境编程：从应用到内核》

execve函数

execve函数接口如下：

 #include <unistd.h>int execve(const char *filename, char *const argv[],char *const envp[]);

参数：

第一个参数：filename是可执行的新程序的路径名，可以是绝对路径，也可以是相对于当前工作目录的相对路径；
第二个参数：字符串指针组成的数组，以NULL结束。argv[0]一般对应可执行文件的文件名，也就是filename中的basename（路径名最后一个/后面的部分）。当然如果argv[0]不遵循这个约定也无妨，因为execve可以从第一个参数获取到要执行文件的路径，只要不是NULL即可。
第三个参数：与C语言的main函数中的第三个参数envp一样，也是字符串指针数组，以NULL结束，指针指向的字符串的格式为name=value。

一般来说，execve（）函数总是紧随fork函数之后。父进程调用fork之后，子进程执行execve函数，抛弃父进程的程序段，和父进程分道扬镳，从此天各一方，各走各路。但是也可以不执行fork，单独调用execve函数：

返回值：

execve函数返回值是特殊的，如果失败，返回-1，但如果成功，永不返回。

所以无须检查execve的返回值，只要返回，就必然是-1。可以从errno判断出出错的原因。出错的可能性非常多，手册提供了19种不同的errno，罗列了22种失败的情景。很难记住，好在大部分都不常见，常见的情况有以下几种：

EACCESS：这个是我们最容易想到的，就是第一个参数filename，不是个普通文件，或者该文件没有赋予可执行的权限，或者目录结构中某一级目录不可搜索，或者文件所在的文件系统是以MS_NOEXEC标志挂载的。
ENOENT：文件不存在。
ETXTBSY：存在其他进程尝试修改filename所指代的文件。
ENOEXEC：这个错误其实是比较高端的一种错误了，文件存在，也可以执行，但是无法执行，比如说，Windows下的可执行程序，拿到Linux下，调用execve来执行，文件的格式不对，就会返回这种错误。

// 准备外部程序 main.cpp#include <iostream>int main(int argc, char* args[])
{if (argc < 3){std::cout << "函数参数太少" << std::endl;return -1;}int a = std::stoi(args[1]);int b = std::stoi(args[2]);std::cout << "a + b = " << (a + b) << std::endl;return 0;
}

// 示例// execve函数#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>// 执行外部程序main
void func1()
{// 为什么使用const char*，之后又转一次？// 这是因为 "./main"、"1"、"2"在C++中都是字符串字面值，属于const char*，如果赋值给char*，就会用警告// 所以用const char*接收，之后通过const_cast去除const属性。const char* args[] = { "./main", "1", "2", nullptr };if (execve(const_cast<char*>(args[0]), const_cast<char**>(args), nullptr) == -1){perror("execve");exit(EXIT_FAILURE);}
}// 在终端执行 pwd -L 命令
void func2()
{const char* args[] = { "/bin/pwd", "-L", nullptr };if (execve(const_cast<char*>(args[0]), const_cast<char**>(args), nullptr) == -1){perror("execve");exit(EXIT_FAILURE);}
}int main()
{func1();// func2();std::cout << "never get here" << std::endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

func1()和func2()不能同时测试，因为execve函数永不返回，无法执行完func1()，再执行func2()。

可以看到，我们在func1()里使用execve函数调用外部程序main，输出结果也是正确。

exec家族

从内核的角度来说，提供execve系统调用就足够了，但是从应用层编程的角度来讲，execve函数就并不那么好使了：

第一个参数必须是绝对路径或是相对于当前工作目录的相对路径。习惯在shell下工作的用户会觉得不太方便，因为日常工作都是写ls和mkdir之类命令的，没有人会写/bin/ls或/bin/mkdir。shell提供了环境变量PATH，即可执行程序的查找路径，对于位于查找路径里的可执行程序，我们不必写出完整的路径，很方便，而execve函数享受不到这个福利，因此使用不便。
execve函数的第三个参数是环境变量指针数组，用户使用execve编程时不得不自己负责环境变量，书写大量的“key=value”，但大部分情况下并不需要定制环境变量，只需要使用当前的环境变量即可。

正是为了提供相应的便利，所以用户层提供了6个函数，当然，这些函数本质上都是调用execve系统调用，只是使用的方法略有不同，代码如下：

#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[]);

上述6个函数分成上下两个半区。分类的依据是参数采用列表（l，表示list）还是数组（v，表示vector）。上半区采用列表，它们会罗列所有的参数，下半区采用数组。在每个半区之中，带p的表示可以使用环境变量PATH，带e的表示必须要自己维护环境变量，而不使用当前环境变量，

在这里插入图片描述

// 示例 返回值自行判断char* const ps_argv[] = { "ps","-ax",NULL };
char* const ps_envp[] = { "PATH=/bin:/usr/bin","TERM=console",NULL };execl("/bin/ps", "ps", "-ax", NULL);/*带p的，可以使用环境变量PATH，无须写全路径*/
execlp("ps", "ps", "-ax", NULL);/*带e的需要自己组拼环境变量*/
execle("/bin/ps", "ps", "-ax", NULL, ps_envp);execv("/bin/ps", ps_argv);/*带p的，可以使用环境变量PATH，无须写全路径*/
execvp("ps", ps_argv);/*带e的需要自己组拼环境变量*/
execve("/bin/ps", ps_argv, ps_envp);

system函数

程序可以调用system函数，来执行任意的shell命令，可以使C程序很方便地调用其他语言编写的程序。

函数接口如下：

#include <stdlib.h>int system(const char *command);

这里将需要执行的命令作为command参数，传给system函数，该函数就帮你执行该命令。

这样看来system最大的好处就在于使用方便。不需要自己来调用fork、exec和waitpid，也不需要自己处理错误，处理信号，方便省心。

但是system函数的缺点也是很明显的。首先是效率，使用system运行命令时，一般要创建两个进程，一个是shell进程，另外一个或多个是用于shell所执行的命令。如果对效率要求比较高，最好是自己直接调用fork和exec来执行既定的程序。