C程序调度其他进程——exec函数族

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本文涉及：

  • exec函数族
  • 调度程序
  • execl()
  • execv()

exec函数族

exec函数族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，其他全部被新的进程替换了。另外，这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是Linux下任何可执行的脚本文件。

使用exec函数族主要有两种情况：

(1)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exec函数族中的任意一个函数让自己重生。

(2)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exec函数族中的任意一个函数，这样看起来就像通过执行应用程序而产生了一个新进程。

使用man 3 exec查看exec函数族帮助：

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#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 execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

/*
参数说明：
path：要执行的程序路径。可以是绝对路径或者是相对路径。在execv、execve、execl和execle这4个函数中，使用带路径名的文件名作为参数。
file：要执行的程序名称。如果该参数中包含“/”字符，则视为路径名直接执行；否则视为单独的文件名，系统将根据PATH环境变量指定的路径顺序搜索指定的文件。
argv：命令行参数的矢量数组。
envp：带有该参数的exec函数可以在调用时指定一个环境变量数组。其他不带该参数的exec函数则使用调用进程的环境变量。
arg：程序的第0个参数，即程序名自身。相当于argv[O]。
…：命令行参数列表。调用相应程序时有多少命令行参数，就需要有多少个输入参数项。注意：在使用此类函数时，在所有命令行参数的最后应该增加一个空的参数项(NULL)，表明命令行参数结束。
返回值：-1表明调用exec失败，无返回表明调用成功。
*/

The exec() family of functions replaces the current process image with a new process image。意思为exec()函数族将当前进程映像替换为新的进程映像。可以理解为使用函数时，用指定程序（进程）替换当前进程的进程映像（程序正文段、数据段、堆和栈）。

使用C程序调度其他进程

程序设计中，服务程序通过exec()函数族，周期性的启动后台程序或者常驻内存的服务程序异常终止时，在短时间内重启它。

1.先执行fork函数，创建一个子进程，让子进程调用exec执行一个新的进程。

2.新进程将替换子进程，不会影响父进程

3.在父进程中，可以调用wait函数等待新进程运行结果，这样来实现调度功能

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#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    while(true)
    {
        if(fork() == 0)
        {
            //子进程
            execl("/usr/bin/ls","/usr/bin/ls","-lt","/",(char*)0);
            exit(0);
        }else
        {
            //父进程
            int status;
            wait(&status);
            sleep(5);
        }
    }
    return 0;
}

上述程序，每隔5秒调用一次ls列出根目录下的文件。子进程调用execl函数，如果成功，子进程映像被ls进程映像替换，如果失败，执行exit(0)结束执行，防止系统中存在大量不可控的子进程；父进程等待子进程退出，可以防止子进程成为僵尸进程。

下面给出完整的调度程序示例：

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
  if (argc<3)
  {
    printf("Using:./procctl timetvl program argv ...\n");
    printf("Example:/project/tools/bin/procctl 5 /usr/bin/tar zcvf /tmp/tmp.tgz /usr/include\n\n");

    printf("本程序是服务程序的调度程序，周期性启动服务程序或shell脚本。\n");
    printf("timetvl 运行周期，单位：秒。被调度的程序运行结束后，在timetvl秒后会被procctl重新启动。\n");
    printf("program 被调度的程序名，必须使用全路径。\n");
    printf("argvs   被调度的程序的参数。\n");
    printf("注意，本程序不会被kill杀死，但可以用kill -9强行杀死。\n\n\n");

    return -1;
  }

  // 关闭信号和IO，本程序不希望被打扰。
  for (int ii=0;ii<64;ii++)
  {
    signal(ii,SIG_IGN); close(ii);
  }

  // 生成子进程，父进程退出，让程序运行在后台，由系统1号进程托管。
  if (fork()!=0) exit(0);

  // 启用SIGCHLD信号，让父进程可以wait子进程退出的状态。
  signal(SIGCHLD,SIG_DFL);

  char *pargv[argc];
  for (int ii=2;ii<argc;ii++)
    pargv[ii-2]=argv[ii];

  pargv[argc-2]=NULL;

  while (true)
  {
    if (fork()==0)
    {
      execv(argv[2],pargv);
      exit(0);
    }
    else
    {
      int status;
      wait(&status);
      sleep(atoi(argv[1]));
    }
  }
}
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