关于UNIX的exec函数

在UNIX系统中，系统为进程相关提供了一系列的控制原语，包括：进程fork，进程exit，进程exec，进程wait等服务。

该篇文章主要与进程exec服务有关，并记录了几个需要注意留意的点。

照例给出其头文件及函数原型如下：

 #include <unistd.h>
 
 int execl(const char *pathname, const char *arg0, ..., (char *));
 int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
 int execle(const char *pathname, const char *arg0, ..., (char *), char *const envp[]);
 int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[]);
 int execlp(const char *filename, const char *arg0, ..., (char *));
 int execvp(const char *filename, char *const argv[]);
 int fexecve(int fd, char *const argv[], char *const envp[]);
 
 // Linux
 int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

上面总计 7+1=8 个函数，前面7个exec函数有些UNIX实现可能都会实现，也有可能只实现其中的几个，对于最后一个是GNU Linux系统的特有实现。

记忆方式为：exec开头 + l(list列表)/v(vector向量) + e(环境变量env传递)/p(环境变量path遍历)

上面的函数中都不应该有返回值，因为一旦exec( )函数执行成功，那么进程的内容，包括代码和数据会被全部替换掉，旧的进程的代码执行流程就不再存在，因此不该有返回值，但是exec( )函数们可能会执行失败，因此该exec( )函数是有返回值的，其返回值为固定的-1。因此，通常可以在exec函数后面进行错误的输出和程序终止，如下：

execl("/bin/your_program",argv_list);
cerr << "errno occurred, error number: " << errno << "\n";

如果exec返回，那么一定发生了错误，紧随其后的代码报告错误，并打印具体错误number至标准错误。

上面7个exec( )函数中前四个加载新程序的方式是通过绝对路径path来指定，这四个函数之间的区别是形参的传递形式，是以数组形式，还是以一个一个参数的形式传递。还有区别是否传递环境变量和形参是否以空指针结尾。

第五和第六个exec( )函数是通过环境变量 $PATH+file文件名来指定，而第七个则是通过已经打开的文件描述符来指定，通过文件描述符来指定可以避免欲加载的程序二进制文件被替换，从而阻止安全问题。

第一个注意点：前面给出的7个exec( )函数都是系统调用吗？

虽然各个UNIX实现可能提供了好几个exec( )函数，但是只有其中的execve( )函数是系统API，其他的exec( )函数都是在exece( )基础上进行包装的。

第二个注意点：exec( )函数给后续加载的程序传递参数时是否需要指定传入的argv的数组长度？

回忆UNIX系统中那些系统调用API，在很多形参中涉及指针的函数时，我们通常都要指定指针所指缓冲区字节数或者数组的长度，比如read函数要指定字节数，比如poll函数中要指定数组的元素个数。对于这个问题，回答肯定是不需要，因为我们无法指定数组长度，API接口形参列表中不接受数组长度。既然API接口不接受数组长度，那么exec( )函数怎么知道数组的长度呢？方法是靠参数格式约定，也即：传递给exec( )函数列表形式的形参最后一个参数是(char *)NULL，数组形式的形参argv[]最后一个元素是(char *)NULL。这样当exec( )函数遇到了(char *)NULL则表示数组已经遍历到结尾了。

如果不遵守上述行为，不同的实现可能会有不同的行为，比如CentOS会报错，而Mac OS X则会得到意外的形参，代码如下：

 char *const argv[] = {(char *) "ping", (char *) "-c", (char *) "", (char *) "www.baidu.com"};
 char *const argv2[] = {(char *) "ping", (char *) "-c", (char *) "", (char *) "www.baidu.com"};
 execv("/Users/mac/Develop/cpp/test", argv);

假设在调用execv( )之前先构造execv( )的形参argv，之后又构造了一个无用的argv2，然后调用execv( )函数，而execv( )函数中加载的test个人程序会一一打印传递给它的参数，在Mac OS X上会得到如下的结果：

从结果可以看到，由于第一个argv没有以null空指针结尾，因此exec会一直读argv，甚至把argv2的内容也读取到了，而同样的代码在CentOS上编译后运行，却能得到正常结果。虽然对于个人写的遍历打印参数的程序能正常工作，但对于ping这样的工具则会调用失败。因此这些行为是不确定的，不能对它们做出某种假设，要遵守null指针结尾的规则。

第三个注意点：exec( )函数中第一个形参参数名的意义是什么？

回忆main( )函数的参数，其函数原型为

int main(int argc, char const *argv[]);

其中的argv数组保存了传递给main函数的命令行参数，argv总是以这样的形式构成：

argv[0](main程序自身名) + argv[...](传递给main程序的形参) + argv[argv](null指针)

虽然argv最后以空指针结尾，但是该空指针并不计入argv大小中。

对于exec( )系列函数，当给其传递参数时，第一个参数按照惯例，总是传入该程序不带路径的纯名字，当然也可以为空，但不能省略。对于Mac OS X系统来说，会用该名字作为系统进程中的活跃进程名，而CentOS则不会。其意义其实就是一个约定。