Linux 进程替换

1. 什么是进程替换

我们之前已经了解过，父进程使用fork创建子进程，父子进程之间代码是共享的，数据是写时拷贝的，即在不进行写入操作时，数据也是共享的。

那有没有方法，能够使得子进程拥有自己的代码和数据，执行一个全新的程序，而不是执行父进程代码的某部分呢？

有的，这就是我们今天所要讲的进程替换。
进程替换，顾名思义，就是替换掉一个进程所对应的代码和数据，使得该进程去执行一个全新的程序，这就是进程替换。

2.为什么有进程替换

进程替换有很强的实际应用价值，因为它能使一个进程去对应另外一个全新的程序。

在Linux的命令行中，我们说，所有的命令执行，本质上都是由bash创建的子进程实现的，可是bash创建的子进程共享的是bash的代码和数据，那这个子进程为什么又能运行别的功能，而不是运行bash的功能呢？因为，在bash进程所对应的代码中，子进程对应的代码块中，进行了进程替换，使得子进程此时对应的程序为 /usr/bin 路径下相应的程序。

3.如何实现进程替换

Linux中，提供了七种进行进程替换的函数，它们本质功能都是进行进程替换，只是在传参上会有所不同。

第一张图中的六个函数，底层都是调用第二张图中的接口而实现的，接下来，我们来介绍一下如何使用这些接口。

虽然上述函数的参数看着大相径庭，但本质上都是一样的，都是三种参数：可执行文件的路径或文件名、命令行参数和环境变量。

3.1 execl系列

execl:path代表具体路径+文件名，arg表示命令行中的具体命令，后面的...表示可变参数，传命令行中的命令选项。也就是说，后两个arg和可变参数，实际上都是命令行参数。
execlp:与execl区别在于第一个参数，此函数中，file是文件名，不用写具体的路径，该函数会自动到环境变量PATH找，因此适用于相关路径在PATH中的情况。
execle:前两个参数与execl相同，第三个参数对应环境变量。

来看上述程序代码的执行结果：

显然，进程被替换了，执行了ls命令，同时，打印相关内容的语句并没有被执行，这是因为进程替换函数一旦进程替换成功，相应的代码和数据也就被替换了，所以execl后的内容并不会被执行。所以进程替换函数，如果成功，不会有返回值；若失败，则返回-1.所以，进程替换函数如果返回了，那就说明一定失败了。

我们接着来看，多进程下，子进程进行进程替换的代码示例：

子进程进行替换后，并不会影响到父进程的运行，这是因为进程之间要保持独立性。 实质上，子进程进行进程替换后，操作系统就为在内存中另外开辟了存储空间用以存储代码和数据，子进程的进程地址空间和页表也会作相应修改，因此并不会影响父进程。

所以，从上述示例中，我们可以发现，这些进程替换函数实质是将新的代码和数据加载到内存，起到了一个加载器的作用。

3.2 execv系列

execl系列与execv系列区别在于，execl系列的命令行参数需要具体列出，而execv系列传存储相应命令行参数的数组即可。

但是，我们有一个疑问：子进程总是可以拿到父进程的环境变量，既然如此，为什么设计进程替换相关函数时，还要专门设计一个传递环境变量的参数呢？

在实际应用中，我们可能不想使用父进程的环境变量，想要使用另外的环境变量，此时就可以通过这个参数将我们所想使用的环境变量传递进去，此时这个参数就可实现这个目的。

同时，有时我们想要使用默认的环境变量表，同时又想增添一些环境变量，那么可以使用putenv这个函数。

3.3 进程替换的妙用

在上述程序示例中，我们通过进程替换，执行了Linux中的相关命令，那么我们是否可以通过进程替换，来执行我们自己的程序呢，或者说在C语言中，通过进程替换，来执行python程序呢？

上述问题是完全可以通过进程替换解决的，请看下面的代码示例：

这是我们所写的python脚本文件：

接下来，我们要在C语言中，通过进程替换，运行python3解释器，并解释运行上述python程序。

最终上述python程序通过进程替换，被成功运行了。