Linux进程控制——exec函数族
在Linux中，并不存在exec()函数，exec指的是一组函数，一共有6个，分别是：
#include
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[]);
其中只有execve是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。
exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。
函数名与参数的关系：
细看一下，这6个函数都是以exec开头（表示属于exec函数组），前3个函数接着字母l的，后3个接着字母v的，我的理解是l表示list（列举参数），v表示vector（参数向量表）
。它们的区别在于，execv开头的函数是以"char *argv[]"(vector)形式传递命令行参数，而execl开头的函数采用了罗列(list)的方式，把参数一个一个列出来，然后以一个NULL表示结束。这里的NULL的作用和argv数组里的NULL作用是一样的。
字母p是指在环境变量PATH的目录里去查找要执行的可执行文件。2个以p结尾的函数execlp和execvp，看起来，和execl与execv的差别很小，事实也如此，它们的区别从第一个参数名可以看出：除 execlp和execvp之外的4个函数都要求，它们的第1个参数path必须是一个完整的路径，如"/bin/ls"；而execlp和execvp 的第1个参数file可以仅仅只是一个文件名，如"ls"，这两个函数可以自动到环境变量PATH指定的目录里去查找。
字母e是指给可执行文件指定环境变量。在全部6个函数中，只有execle和execve使用了char *envp[]传递环境变量，其它的4个函数都没有这个参数，这并不意味着它们不传递环境变量，这4个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而execle和execve用指定的环境变量去替代默认的那些。
返回值
与一般情况不同，exec函数族的函数执行成功后不会返回，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只有进程ID等一些表面上的信息仍保持原样。调用失败时，会设置errno并返回-1，然后从原程序的调用点接着往下执行。
与其他系统调用比起来，exec很容易失败，被执行文件的位置，权限等很多因素都能导致调用失败。因此，使用exec函数族时，一定要加错误判断语句。最常见的错误：
找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT；
数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT；
没有对要执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。
2、应用
如果一个进程想执行另一个程序，它就可以fork或vfork出一个新进程，然后调用任何一个exec函数。
为此，Linux还专门对fork作了优化：通常fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子进程中去，这些拷贝的动作很消耗时 间，而如果fork完之后我们马上就调用exec，那这些辛辛苦苦拷贝来的东西就会被立刻抹掉，这看起来非常不划算，于是人们设计了一种"写时复制（copy-on-write）" 技术，使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容到子进程，而是到了真正使用时才复制，这样如果下一条语句是exec，它就不会作无用功了。其实"写时 复制"还是有复制，进程的mm结构、页表都还是被复制了（"写时复制"也必须由这些信息来支撑。否则内核捕捉到CPU访存异常，怎么区分 这是“写时复制”引起的，还是真正的越权访问呢？）。
而vfork就把事情做绝了，所有有关于内存的东西都不复制了，父子进程的内存是完全共享的。 但是这样一来又有问题了，虽然用户程序可以设计很多方法来避免父子进程间的访存冲突。但是关键的一点，父子进程共用着栈，这可不由用户程序控制的。一个进 程进行了关于函数调用或返回的操作，则另一个进程的调用栈 （实际上就是同一个栈）也被影响了。这样的程序没法运行下去。所以，vfork有个限制，子进程生成后，父进程在vfork中被内核挂起，直到子进程有了 自己的内存空间（exec**）或退出(_exit)。并且， 在此之前，子进程不能从调用vfork的函数中返回（同时，不能修改栈上变量、不能继续调用除_exit或exec系列之外的函数，否则父进程的数据可能 被改写）。
尽管限制很多，vfork后马上exec效率会比fork高不少。
fork函数是用于创建一个子进程，该子进程几乎是父进程的副本，而有时我们希望子进程去执行另外的程序，exec函数族就提供了一个在进程中启动另一个程序执行的方法。它可以根据指定的文件名或目录名找到可执行文件，并用它来取代原调用进程的数据段、代码段和堆栈段，在执行完之后，原调用进程的内容除了进程号外，其他全部被新程序的内容替换了。另外，这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是Linux下任何可执行脚本文件。
（2）在Linux中使用exec函数族主要有以下两种情况
a. 当进程认为自己不能再为系统和用户做出任何贡献时，就可以调用任何exec 函数族让自己重生。
b. 如果一个进程想执行另一个程序，那么它就可以调用fork函数新建一个进程，然后调用任何一个exec函数使子进程重生。
（3）exec函数族语法
实际上，在Linux中并没有exec函数，而是有6个以exec开头的函数族，下表列举了exec函数族的6个成员函数的语法。
所需头文件： #include
函数说明： 执行文件
函数原型：
[plain] view plain copy
int execl(const char *path, const char *arg, ...)
int execv(const char *path, char *const argv[])
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[])
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[])
int execlp(const char *file, const char *arg, ...)
int execvp(const char *file, char *const argv[])
函数返回值：成功 -> 函数不会返回，出错 -> 返回-1，失败原因记录在error中。
这6 个函数在函数名和使用语法的规则上都有细微的区别，下面就可执行文件查找方式、参数表传递方式及环境变量这几个方面进行比较说明。
① 查找方式：上表其中前4个函数的查找方式都是完整的文件目录路径，而最后2个函数（也就是以p结尾的两个函数）可以只给出文件名，系统就会自动从环境变量“$PATH”所指出的路径中进行查找。
② 参数传递方式：exec函数族的参数传递有两种方式，一种是逐个列举的方式，而另一种则是将所有参数整体构造成指针数组进行传递。
在这里参数传递方式是以函数名的第5位字母来区分的，字母为“l”（list）的表示逐个列举的方式，字母为“v”（vertor）的表示将所有参数整体构造成指针数组传递，然后将该数组的首地址当做参数传给它，数组中的最后一个指针要求是NULL。读者可以观察execl、execle、execlp的语法与execv、execve、execvp的区别。
③ 环境变量：exec函数族使用了系统默认的环境变量，也可以传入指定的环境变量。这里以“e”（environment）结尾的两个函数execle、execve就可以在envp[]中指定当前进程所使用的环境变量替换掉该进程继承的所以环境变量。
（4）PATH环境变量说明
PATH环境变量包含了一张目录表，系统通过PATH环境变量定义的路径搜索执行码，PATH环境变量定义时目录之间需用用“:”分隔，以“.”号表示结束。PATH环境变量定义在用户的.profile或.bash_profile中，下面是PATH环境变量定义的样例，此PATH变量指定在“/bin”、“/usr/bin”和当前目录三个目录进行搜索执行码。
PATH=/bin:/usr/bin:.
export $PATH
（5）进程中的环境变量说明
在Linux中，Shell进程是所有执行码的父进程。当一个执行码执行时，Shell进程会fork子进程然后调用exec函数去执行执行码。Shell进程堆栈中存放着该用户下的所有环境变量，使用execl、execv、execlp、execvp函数使执行码重生时，Shell进程会将所有环境变量复制给生成的新进程；而使用execle、execve时新进程不继承任何Shell进程的环境变量，而由envp[]数组自行设置环境变量。
（6）exec函数族关系
第4位统一为：exec
第5位
l：参数传递为逐个列举方式
execl、execle、execlp
v：参数传递为构造指针数组方式
execv、execve、execvp
第6位
e：可传递新进程环境变量
execle、execve
p：可执行文件查找方式为文件名
execlp、execvp
事实上，这6个函数中真正的系统调用只有execve，其他5个都是库函数，它们最终都会调用execve这个系统调用，调用关系如下图
（7）exec调用举例如下：
[plain] view plain copy
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);
请注意exec函数族形参展开时的前两个参数，第一个参数是带路径的执行码（execlp、execvp函数第一个参数是无路径的，系统会根据PATH自动查找然后合成带路径的执行码），第二个是不带路径的执行码，执行码可以是二进制执行码和Shell脚本。
（8）exec函数族使用注意点
在使用exec函数族时，一定要加上错误判断语句。因为exec很容易执行失败，其中最常见的原因有：
① 找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT。
② 数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT。
③ 没有对应可执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。
（9）exec后新进程保持原进程以下特征
环境变量（使用了execle、execve函数则不继承环境变量）；
进程ID和父进程ID；
实际用户ID和实际组ID；
附加组ID；
进程组ID；
会话ID；
控制终端；
当前工作目录；
根目录；
文件权限屏蔽字；
文件锁；
进程信号屏蔽；
未决信号；
资源限制；
tms_utime、tms_stime、tms_cutime以及tms_ustime值。
对打开文件的处理与每个描述符的exec关闭标志值有关，进程中每个文件描述符有一个exec关闭标志（FD_CLOEXEC），若此标志设置，则在执行exec时关闭该描述符，否则该描述符仍打开。除非特地用fcntl设置了该标志，否则系统的默认操作是在exec后仍保持这种描述符打开，利用这一点可以实现I/O重定向。
