exec函數族
也許有不少讀者從本系列文章一推出就開始讀，一直到這里還有一個很大的疑惑：既然所有新進程都是由fork產生的，而且由fork產生的子進程和父進程幾乎完全一樣，那豈不是意味著系統中所有的進程都應該一模一樣了嗎？而且，就我們的常識來說，當我們執行一個程序的時候，新產生的進程的內容應就是程序的內容才對。是我們理解錯了嗎？顯然不是，要解決這些疑惑，就必須提到我們下面要介紹的exec系統調用。
1.10.1 簡介
說是exec系統調用，實際上在Linux中，并不存在一個exec()的函數形式，exec指的是一組函數，一共有6個，分別是：
#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[]);
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其中只有execve是真正意義上的系統調用，其它都是在此基礎上經過包裝的庫函數。
exec函數族的作用是根據指定的文件名找到可執行文件，并用它來取代調用進程的內容，換句話說，就是在調用進程內部執行一個可執行文件。這里的可執行文件既可以是二進制文件，也可以是任何Linux下可執行的腳本文件。
與一般情況不同，exec函數族的函數執行成功后不會返回，因為調用進程的實體，包括代碼段，數據段和堆棧等都已經被新的內容取代，只留下進程ID等一些表面上的信息仍保持原樣，頗有些神似"三十六計"中的"金蟬脫殼"。看上去還是舊的軀殼，卻已經注入了新的靈魂。只有調用失敗了，它們才會返回一個-1，從原程序的調用點接著往下執行。
現在我們應該明白了，Linux下是如何執行新程序的，每當有進程認為自己不能為系統和擁護做出任何貢獻了，他就可以發揮最后一點余熱，調用任何一個exec，讓自己以新的面貌重生；或者，更普遍的情況是，如果一個進程想執行另一個程序，它就可以fork出一個新進程，然后調用任何一個exec，這樣看起來就好像通過執行應用程序而產生了一個新進程一樣。
事實上第二種情況被應用得如此普遍，以至于Linux專門為其作了優化，我們已經知道，fork會將調用進程的所有內容原封不動的拷貝到新產生的子進程中去，這些拷貝的動作很消耗時間，而如果fork完之后我們馬上就調用exec，這些辛辛苦苦拷貝來的東西又會被立刻抹掉，這看起來非常不劃算，于是人們設計了一種"寫時拷貝（copy-on-write）"技術，使得fork結束后并不立刻復制父進程的內容，而是到了真正實用的時候才復制，這樣如果下一條語句是exec，它就不會白白作無用功了，也就提高了效率。
1.10.2 稍稍深入
上面6條函數看起來似乎很復雜，但實際上無論是作用還是用法都非常相似，只有很微小的差別。在學習它們之前，先來了解一下我們習以為常的main函數。
下面這個main函數的形式可能有些出乎我們的意料：
int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
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它可能與絕大多數教科書上描述的都不一樣，但實際上，這才是main函數真正完整的形式。
參數argc指出了運行該程序時命令行參數的個數，數組argv存放了所有的命令行參數，數組envp存放了所有的環境變量。環境變量指的是一組值，從用戶登錄后就一直存在，很多應用程序需要依靠它來確定系統的一些細節，我們最常見的環境變量是PATH，它指出了應到哪里去搜索應用程序，如/bin；HOME也是比較常見的環境變量，它指出了我們在系統中的個人目錄。環境變量一般以字符串"XXX=xxx"的形式存在，XXX表示變量名，xxx表示變量的值。
值得一提的是，argv數組和envp數組存放的都是指向字符串的指針，這兩個數組都以一個NULL元素表示數組的結尾。
我們可以通過以下這個程序來觀看傳到argc、argv和envp里的都是什么東西：
/* main.c */
int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
{
printf("\n### ARGC ###\n%d\n", argc);
printf("\n### ARGV ###\n");
while(*argv)
printf("%s\n", *(argv++));
printf("\n### ENVP ###\n");
while(*envp)
printf("%s\n", *(envp++));
return 0;
}
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編譯它：
運行時，我們故意加幾個沒有任何作用的命令行參數：
$ ./main -xx 000
### ARGC ###
3
### ARGV ###
./main
-xx
000
### ENVP ###
PWD=/home/lei
REMOTEHOST=dt.laser.com
HOSTNAME=localhost.localdomain
QTDIR=/usr/lib/qt-2.3.1
LESSOPEN=|/usr/bin/lesspipe.sh %s
KDEDIR=/usr
USER=lei
LS_COLORS=
MACHTYPE=i386-redhat-linux-gnu
MAIL=/var/spool/mail/lei
INPUTRC=/etc/inputrc
LANG=en_US
LOGNAME=lei
SHLVL=1
SHELL=/bin/bash
HOSTTYPE=i386
OSTYPE=linux-gnu
HISTSIZE=1000
TERM=ansi
HOME=/home/lei
PATH=/usr/local/bin:/bin:/usr/bin:/usr/X11R6/bin:/home/lei/bin
_=./main
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我們看到，程序將"./main"作為第1個命令行參數，所以我們一共有3個命令行參數。這可能與大家平時習慣的說法有些不同，小心不要搞錯了。
現在回過頭來看一下exec函數族，先把注意力集中在execve上：
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
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對比一下main函數的完整形式，看出問題了嗎？是的，這兩個函數里的argv和envp是完全一一對應的關系。execve第1個參數path是被執行應用程序的完整路徑，第2個參數argv就是傳給被執行應用程序的命令行參數，第3個參數envp是傳給被執行應用程序的環境變量。
留心看一下這6個函數還可以發現，前3個函數都是以execl開頭的，后3個都是以execv開頭的，它們的區別在于，execv開頭的函數是以"char *argv[]"這樣的形式傳遞命令行參數，而execl開頭的函數采用了我們更容易習慣的方式，把參數一個一個列出來，然后以一個NULL表示結束。這里的NULL的作用和argv數組里的NULL作用是一樣的。
在全部6個函數中，只有execle和execve使用了char *envp[]傳遞環境變量，其它的4個函數都沒有這個參數，這并不意味著它們不傳遞環境變量，這4個函數將把默認的環境變量不做任何修改地傳給被執行的應用程序。而execle和execve會用指定的環境變量去替代默認的那些。
還有2個以p結尾的函數execlp和execvp，咋看起來，它們和execl與execv的差別很小，事實也確是如此，除execlp和execvp之外的4個函數都要求，它們的第1個參數path必須是一個完整的路徑，如"/bin/ls"；而execlp和execvp的第1個參數file可以簡單到僅僅是一個文件名，如"ls"，這兩個函數可以自動到環境變量PATH制定的目錄里去尋找。
1.10.3 實戰
知識介紹得差不多了，接下來我們看看實際的應用：
/* exec.c */
#include <unistd.h>
main()
{
char *envp[]={"PATH=/tmp",
"USER=lei",
"STATUS=testing",
NULL};
char *argv_execv[]={"echo", "excuted by execv", NULL};
char *argv_execvp[]={"echo", "executed by execvp", NULL};
char *argv_execve[]={"env", NULL};
if(fork()==0)
if(execl("/bin/echo", "echo", "executed by execl", NULL)<0)
perror("Err on execl");
if(fork()==0)
if(execlp("echo", "echo", "executed by execlp", NULL)<0)
perror("Err on execlp");
if(fork()==0)
if(execle("/usr/bin/env", "env", NULL, envp)<0)
perror("Err on execle");
if(fork()==0)
if(execv("/bin/echo", argv_execv)<0)
perror("Err on execv");
if(fork()==0)
if(execvp("echo", argv_execvp)<0)
perror("Err on execvp");
if(fork()==0)
if(execve("/usr/bin/env", argv_execve, envp)<0)
perror("Err on execve");
}
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程序里調用了2個Linux常用的系統命令，echo和env。echo會把后面跟的命令行參數原封不動的打印出來，env用來列出所有環境變量。
由于各個子進程執行的順序無法控制，所以有可能出現一個比較混亂的輸出--各子進程打印的結果交雜在一起，而不是嚴格按照程序中列出的次序。
編譯并運行：
$ cc exec.c -o exec
$ ./exec
executed by execl
PATH=/tmp
USER=lei
STATUS=testing
executed by execlp
excuted by execv
executed by execvp
PATH=/tmp
USER=lei
STATUS=testing
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果然不出所料，execle輸出的結果跑到了execlp前面。
大家在平時的編程中，如果用到了exec函數族，一定記得要加錯誤判斷語句。因為與其他系統調用比起來，exec很容易受傷，被執行文件的位置，權限等很多因素都能導致該調用的失敗。最常見的錯誤是：
- 找不到文件或路徑，此時errno被設置為ENOENT；
- 數組argv和envp忘記用NULL結束，此時errno被設置為EFAULT；
- 沒有對要執行文件的運行權限，此時errno被設置為EACCES。