exec函数族

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（但有可能执行不同的代码分支），子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并未改变。

其实有六种以exec开头的函数，统称exec函数：

#include <unistd.h>

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[]);

这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回，如果调用出错则返回-1，所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。

这些函数原型看起来很容易混，但只要掌握了规律就很好记。不带字母p（表示path）的exec函数第一个参数必须是程序的相对路径或绝对路径，例如"/bin/ls"或"./a.out"，而不能是"ls"或"a.out"。对于带字母p的函数：

    *

      如果参数中包含/，则将其视为路径名。
    *

      否则视为不带路径的程序名，在PATH环境变量的目录列表中搜索这个程序。

带有字母l（表示list）的exec函数要求将新程序的每个命令行参数都当作一个参数传给它，命令行参数的个数是可变的，因此函数原型中有...，...中的最后一个可变参数应该是NULL，起sentinel的作用。对于带有字母v（表示vector）的函数，则应该先构造一个指向各参数的指针数组，然后将该数组的首地址当作参数传给它，数组中的最后一个指针也应该是NULL，就像main函数的argv参数或者环境变量表一样。

对于以e（表示environment）结尾的exec函数，可以把一份新的环境变量表传给它，其他exec函数仍使用当前的环境变量表执行新程序。

exec调用举例如下：

char *const ps_argv[] ={"ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL};
char *const ps_envp[] ={"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};
execl("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
execv("/bin/ps", ps_argv);
execle("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL, ps_envp);
execve("/bin/ps", ps_argv, ps_envp);
execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
execvp("ps", ps_argv);

事实上，只有execve是真正的系统调用，其它五个函数最终都调用execve，所以execve在man手册第2节，其它函数在man手册第3节。这些函数之间的关系如下图所示。

图 30.5. exec函数族
exec函数族

一个完整的例子：

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
perror("exec ps");
exit(1);
}

执行此程序则得到：

$ ./a.out
  PID  PPID  PGRP  SESS TPGID COMMAND
6614  6608  6614  6614  7199 bash
7199  6614  7199  6614  7199 ps

由于exec函数只有错误返回值，只要返回了一定是出错了，所以不需要判断它的返回值，直接在后面调用perror即可。注意在调用execlp时传了两个"ps"参数，第一个"ps"是程序名，execlp函数要在PATH环境变量中找到这个程序并执行它，而第二个"ps"是第一个命令行参数，execlp函数并不关心它的值，只是简单地把它传给ps程序，ps程序可以通过main函数的argv[0]取到这个参数。

调用exec后，原来打开的文件描述符仍然是打开的[37]。利用这一点可以实现I/O重定向。先看一个简单的例子，把标准输入转成大写然后打印到标准输出：

例 30.4. upper

/* upper.c */
#include <ctype.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
int ch;
while((ch = getchar()) != EOF) {
putchar(toupper(ch));
}
return 0;
}


运行结果如下：

$ ./upper
hello THERE
HELLO THERE
（按Ctrl-D表示EOF）
$

使用Shell重定向：

$ cat file.txt
this is the file, file.txt, it is all lower case.
$ ./upper < file.txt
THIS IS THE FILE, FILE.TXT, IT IS ALL LOWER CASE.

如果希望把待转换的文件名放在命令行参数中，而不是借助于输入重定向，我们可以利用upper程序的现有功能，再写一个包装程序wrapper。

例 30.5. wrapper

/* wrapper.c */
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
if (argc != 2) {
fputs("usage: wrapper file\n", stderr);
exit(1);
}
fd = open(argv[1], O_RDONLY);
if(fd<0) {
perror("open");
exit(1);
}
dup2(fd, STDIN_FILENO);
close(fd);
execl("./upper", "upper", NULL);
perror("exec ./upper");
exit(1);
}


wrapper程序将命令行参数当作文件名打开，将标准输入重定向到这个文件，然后调用exec执行upper程序，这时原来打开的文件描述符仍然是打开的，upper程序只负责从标准输入读入字符转成大写，并不关心标准输入对应的是文件还是终端。运行结果如下：

$ ./wrapper file.txt
THIS IS THE FILE, FILE.TXT, IT IS ALL LOWER CASE.