目录

• • 传统艺能😎
  • 概念🤔
  • 细则🤔
  • 原理🤔
  • exec 函数🤔
  • • execl😋
    • execlp😋
    • execle😋
    • execv😋
    • execvp😋
    • execve😋
  • 实现简易 shell🤔

传统艺能😎

小编是双非本科大二菜鸟不赘述，欢迎米娜桑来指点江山哦

1319365055

🎉🎉非科班转码社区诚邀您入驻🎉🎉
小伙伴们，满怀希望，所向披靡，打码一路向北
一个人的单打独斗不如一群人的砥砺前行
这是和梦想合伙人组建的社区，诚邀各位有志之士的加入！！
社区用户好文均加精（“标兵”文章字数2000+加精，“达人”文章字数1500+加精）
直达： 社区链接点我

概念🤔

你是否遇到过这样一个场景，**在一个多人项目中，有人用 Java 实现部分功能，有人用 C++ 实现部分功能，有人用 PHP，go，Python……**那该如何将这些不同的逻辑语言统一进来呢？

当我们 fork() 生成子进程后，子进程的代码与数据可以来自其他可执行程序。把磁盘上其他程序的数据以覆盖的形式给子进程。这样子进程就可以执行全新的程序了，这种现象称为程序替换\color{red} {程序替换}程序替换

细则🤔

首先需要知道进程替换是有原则的：

1. 进程替换不会创建新进程，因为他只是将该进程数据替换为指定的可执行程序。而进程 PCB 没有改变，所以不是新的进程，进程替换后不会改变 pid

2. 替换成功后，替换函数后的代码不会执行，因为进程替换是覆盖式的，替换成功后进程原来的代码就消失了，同理替换失败会执行替换函数后的代码

3. 进程替换函数在进程替换成功后不返回，函数的返回值只会表示替换失败；进程替换成功后，退出码为替换后进程的退出码

原理🤔

替换是用的是替换函数：exec函数\color{red} {exec 函数}exec函数

该函数类型使用头文件：
函数原型：int execl(const char *path，const char *arg，…)

path：可执行程序的路径
arg：如何执行可执行程序
… ：可变参数，是给执行程序携带的参数，在参数末尾加 NULL 表示参数结束

返回值：替换失败返回-1，替换成功不返回

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，并从新程序的启动例程开始执行，本质上和虚拟内存和写时拷贝机制有点类似，通过在页表上进行映射操作进行替换：

那么子进程程序替换后，会对父进程产生印象吗？

毫无疑问，子进程被创建时是与父进程共享代码和数据，但当程序替换时，也就意味着需要进行写入操作，这时便需要将父子进程共享的代码和数据进行写时拷贝，此后父子进程的代码和数据也就分离了，因此进行程序替换后不会影响父进程的代码和数据！

exec 函数🤔

进程替换有六种替换函数，他们是以 exec 开头的函数，统称为 exec 函数：

execl😋

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

第一个参数是要执行程序的路径，第二个参数是可变参数列表，代表我们需要以 list 的形式处理各种操作，内容是各个指令选项，并以NULL结尾

以 ls 命令为例：

execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL);

execlp😋

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

第一个参数是要执行程序的名字，第二个参数是可变参数列表，代表我们需要以 list 的形式处理各种操作，内容是各个指令选项，并以NULL结尾

同样以 ls 命令为例：

execlp("ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL);

execle😋

int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

第一个参数是要执行程序的路径，第二个参数是可变参数列表，代表我们需要以 list 的形式处理各种操作，内容是各个指令选项，并以NULL结尾，第三个参数是你自己设置的环境变量，比如我们设置了自己的 MYVAL 环境变量，在 mypro 程序内就可以使用该环境变量：

char* myenvp[] = { "MYVAL=2021", NULL };
execle("./mypro", "mypro", NULL, myenvp);

execv😋

int execv(const char *path, char *const argv[]);

第一个参数是要执行程序的路径，第二个参数是一个指针数组，代表我们需要以 vector 的形式处理各种操作，数组当中的内容是各个指令选项，数组以 NULL 结尾

还是以 ls 命令为例：

char* myargv[] = { "ls", "-a", "-i", "-l", NULL };
execv("/usr/bin/ls", myargv);

execvp😋

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

第一个参数是要执行程序的名字，第二个参数是一个指针数组，代表我们需要以 vector 的形式处理各种操作，数组当中的内容是各个指令选项，数组以 NULL 结尾

例如，要执行的是ls程序：

char* myargv[] = { "ls", "-a", "-i", "-l", NULL };
execvp("ls", myargv);

execve😋

int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

第一个参数是要执行程序的路径，第二个参数是一个指针数组，代表我们需要以 vector 的形式处理各种操作，数组以NULL结尾，第三个参数是你自己设置的环境变量，比如我们设置了自己的 MYVAL 环境变量，在 mypro 程序内就可以使用该环境变量：

char* myargv[] = { "mypro", NULL };
char* myenvp[] = { "MYVAL=2021", NULL };
execve("./mypro", myargv, myenvp);

为了方便记忆，这里根据各个函数的后缀进行了归纳：

l：表示参数采用 list 列表的形式
v：表示参数采用 vector 数组的形式
p：表示能自动搜索环境变量 PATH 进行程序查找，即不需要列举程序路径
e：表示可以传入自己设置的环境（env）变量

但是事实上，只有execve才是真正的系统调用\color{red} {只有 execve 才是真正的系统调用}只有execve才是真正的系统调用，其它 5 个函数都是调用的execve，也就是说其他 5 个函数实际上是对 execve 的系统调用进行了封装，以满足不同用户的不同调用场景，下图就是各成员间的关系：

实现简易 shell🤔

shell 也就是之前说的命令行解释器，运行原理就是：当有命令需要执行时，shell 创建子进程，让子进程执行命令，而 shell 只需等待子进程退出即可

我们将 shell 的运行逻辑分为下面的五步：

1. 获取命令行
2. 解析命令行
3. 创建子进程
4. 替换子进程
5. 等待子进程退出

我们之前学习了 fork 函数可以进行进程创建，exec系列函数可以进行子进程替换，wait 或者 waitpid 函数可以等待子进程，那么基础框架就勾勒出来了：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#define LEN 1024 //命令最大长度
#define NUM 32 //命令拆分后最大个数
#define SEP " "char commend_line[NUM];
char* commend_args[SIZE];
char env_buffer[128];
char pwd_buffer[128];//实现改变当前工作目录的chdir
int ChangeDir(const char* new_path)
{chdir(new_path);return 0; //调用成功
}//增添自义定环境变量
void PutEnvInMyShell(char* new_env)
{putenv(new_env);
}int main()
{//shell 本质上就是一个死循环while(1){//显示提示符getcwd(pwd_buffer,128);printf("yuanlai45@Centos %s# ",pwd_buffer);fflush(stdout);//获取用户输入memset(commend_line,'\0',sizeof(commend_line)*sizeof(char)); //初始化为 \0fgets(commend_line,NUM,stdin);//获取到的是c风格的字符串 '\0'结尾commend_line[strlen(commend_line)-1]='\0';//清除\n //字符串分割，比如:"ls -a -l" ->  "ls" "-a" "-l"commend_args[0]=strtok(commend_line,SEP);int index=1;//给指令添加颜色if(strcmp(commend_args[0],"ls")==0){commend_args[index++]=(char*)"--color=auto";}while(commend_args[index++]=strtok(NULL,SEP));//内建命令，因为是想改变父进程所处的工作目录，所以并不需要去创建子进程if(strcmp(commend_args[0],"cd")==0 && commend_args[1]!=NULL){ChangeDir(commend_args[1]);continue;}//同理，我们想给父进程添加环境变量，以继承的方式去给子进程if(strcmp(commend_args[0],"export")==0 && commend_args[1]!=NULL){//目前我们环境变量的信息在commmand_line里面，每次会被清空//此处需要自己保存一下环境变量的内容//binPutEnvInMyShell(commend_args[1]);strcpy(env_buffer,commend_args[1]);PutEnvInMyShell(env_buffer);continue;}//创建进程，执行pid_t id = fork();if(id==0)//子进程{//程序替换execvp(commend_args[0],commend_args);exit(-1);//执行到这里说明子进程替换失败}int status = 0;pid_t ret = waitpid(id,&status,0);//阻塞等待if(ret>0){//打印进程终止信号和退出码printf("等待子进程成功，sig:%d,code:%d\n",status&0x7F,status&0xFF);}}         return 0;
}

我们自己实现的 shell 在子进程退出后都会打印子进程的退出码，我们可以根据这一点来区分当前使用的是 Linux 的 shell 还是我们自己实现的 shell

aqa 芭蕾 eqe 亏内，代表着开心代表着快乐，ok 了家人们