Разработка приложений в среде Linux. Второе издание

10.4.3. Запуск новых программ

Хотя доступно целых шесть способов запустить одну программу из другой, все они делают почти одно и то же — заменяют текущую выполняющуюся программу другой программой. Обратите внимание на слово "заменяет" — все следы текущей выполняющейся программы при этом исчезают. Если вы хотите оставить исходную программу работающей, вы должны создать новый процесс вызовом fork, а затем запустить новую программу из дочернего процесса.

Эти шесть функций лишь слегка отличаются по интерфейсу. Только одна из них — execve — является системным вызовом Linux. Остальные реализованы в библиотеках пользовательского пространства и вызывают execve для запуска новой программы. Ниже представлены прототипы семейства функций exec.

int execl(const char *path, const char *arg0, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg0, ...);
int execle(const char *path, const char *arg0, ...);
int execv(const char *path, const char **argv);
int execvp(const char *file, const char **argv);
int execve(const char *file, const char **argv, const char **envp);

Как уже упоминалось, все эти программы пытаются заменить текущую программу новой. Если это удается, то управление не возвращается (то есть программа, которая вызвала другую программу, уже не выполняется). Если не удается, то возвращается значение – 1 и устанавливается код ошибки в errno, как при любом другом системном вызове. Когда новая программа запускается, она принимает массив аргументов (argv) и массив переменных окружения (envp). Каждый элемент envp имеет форму ПЕРЕМЕННАЯ=значение [22] .

22

Это тот же формат, который использует команда env для печати текущих значений переменных окружения, и аргумент envp имеет тот же тип, что и глобальная переменная environ.

Основная разница между функциями семейства exec состоит в том, как новой программе передаются аргументы командной строки. Функции execl передают каждый элемент в отдельном аргументе argv, причем список завершается NULL. Традиционно первый элемент argv — это команда, использованная для запуска программы. Например, команда оболочки /bin/cat /etc/passwd /etc/group обычно получается в результате следующей вызова exec:

execl("/bin/cat", "/bin/cat", "/etc/passwd", "/etc/group", NULL);

Первый аргумент — это полный путь к программе, которую требуется выполнить, а остальные аргументы передаются программе в виде argv. Заключительный параметр execl должен быть равен NULL — это служит признаком конца списка параметров. Если вы пропустите NULL, то, скорее всего, функция завершится ошибкой сегментации либо вернет EINVAL. Окружение, переданное новой программе — это то, на что указывает глобальная переменная environ, как упоминалось ранее в настоящей главе.

Функциям execv аргументы командной строки передаются как массив С строк [23] , имеющих тот же формат, что применяется для передачи argv новой программе.

Последним элементом должен быть NULL для обозначения конца массива, а первый элемент (argv[0]) должен содержать имя вызываемой программы.

Наш пример с bin/cat /etc/passwd /etc/group может быть закодирован, используя execv, следующим образом:

23

Технически это указатель на завершающийся NULL массив указателей на массивы символов, каждый из которых завершается символом '\0'. Более подробно об это рассказано в [15].

char *argv[] = { "/bin/cat", "/bin/cat", "/etc/passwd", "/etc/group", NULL }; execv("/bin/cat", argv);

Если нужно передать специфическое окружение новой программе, для этого подойдут execle и execve. Они в точности похожи на execl и execv, но принимают указатель на окружение в качестве последнего аргумента. Окружение устанавливается так же, как argv.

Например, ниже показан один способ запуска /usr/bin/env (эта программа печатает окружение, которое ей передано) с небольшим набором переменных окружения:

char *newenv[] = { "PATH=/bin:/usr/bin", "HOME=/home/sweethome", NULL };
execle("/usr/bin/env", "/usr/bin/env", NULL, newenv);

Вот та же идея, реализованная с помощью execve:

char *argv[] = { "/usr/bin/env", NULL };
char *newenv[] = { "PATH=/bin:/usr/bin", "HOME=/home/sweethome", NULL };
execve("/usr/bin/env", argv, newenv);

Последние две функции, execlp и execvp, отличаются от первых двух тем, что выполняют поиск программы, которую нужно запустить, в текущем пути (установленном переменной окружения PATH). Аргументы программы, однако, не модифицируются, поэтому argv[0] не содержит полного пути к запускаемой программе. Ниже показана модифицированная версия нашего первого примера, который ищет cat в текущем PATH.

execlp("cat", "cat", "/etc/passwd", "/etc/group", NULL);
char *argv[] = { "cat", "/etc/passwd", "/etc/group", NULL };
execvp("cat", argv);

Если вместо этого воспользоваться execl или execv, этот фрагмент кода завершится ошибкой, если только cat не окажется в текущем каталоге.

Если вы пытаетесь запустить программу со специфическим окружением, при этом желая выполнять поиск пути, вам придется искать путь вручную и использовать execle или execve, поскольку ни одна из функций exec не делает того, что вам нужно.

Обработчики сигналов предохраняются внутри функций exec несколько неочевидным образом. Этот механизм рассматривается в главе 12.

10.4.4. Ускоренное создание процессов с помощью vfork

Обычно процессы, в которых вызывается fork, немедленно вызывают exec для другой программы (это то, что оболочка делает всякий раз, когда вы вводите команду), что делает полную семантику fork более расточительной по вычислительным ресурсам, чем это необходимо.

Чтобы оптимизировать этот общий случай, существует vfork.

#include <unistd.h>

pid_t vfork(void);

Вместо создания совершенно новой среды выполнения для нового процесса vfork создает новый процесс, который разделяет память с исходным процессом. Ожидается, что новый процесс запустит другой процесс посредством exit или exec очень быстро, но его поведение непредсказуемо, если он модифицирует память, возвратит управление из функции vfork, содержащейся в нем, либо вызовет любую новую функцию. В дополнение к этому исходный процесс приостанавливается, до тех пор, пока новый либо не будет прерван, либо вызовет функцию exec [24] . Однако не все системы обеспечивают семантику разделения памяти и приостановки родительского процесса vfork, поэтому приложения не должны полагаться на такое поведение.

24

Появление vfork было мотивировано старыми системами, которым необходимо было копировать всю память, используемую исходным процессом, как часть fork.Современные операционные системы используют копирование при записи, которое копирует области памяти только по необходимости, как это описано во многих источниках, посвященных операционным системам, в частности [40] и [2]. Это свойство делает fork почти таким же быстрым, как vfork, и намного более простым в использовании.