8.4.5 加载并运行程序

execve 函数在当前进程的上下文中加载并运行一个新程序。

#include <unistd.h>

int execve(const char *filename, const char *argv[],
           const char *envp[]);

返回： 如果成功，则不返回，如果错误，则返回 -1。

execve 函数加载并运行可执行目标文件 filename，且带参数列表 argv 和环境变量列表 envp。只有当出现错误时，例如找不到 filename，execve 才会返回到调用程序。所以，与 fork 一次调用返回两次不同，execve 调用一次并从不返回。

参数列表是用图 8-20 中的数据结构表示的。argv 变量指向一个以 null 结尾的指针数组，其中每个指针都指向一个参数字符串。按照惯例，argv[0] 是可执行目标文件的名字。

参数列表的组织结构

图 8-20 参数列表的组织结构

环境变量的列表是由一个类似的数据结构表示的，如图 8-21 所示。envp 变量指向一个以 null 结尾的指针数组，其中每个指针指向一个环境变量字符串，每个串都是形如 "name=value" 的名字-值对。

环境变量列表的组织结构

图 8-21 环境变量列表的组织结构

在 execve 加载了 filename 之后，它调用 7.9 节中描述的启动代码。启动代码设置栈，并将控制传递给新程序的主函数，该主函数有如下形式的原型

int main(int argc, char **argv, char **envp);

或者等价的

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

当 main 开始执行时，用户栈的组织结构如图 8-22 所示。让我们从栈底（高地址）往栈顶（低地址）依次看一看。首先是参数和环境字符串。栈往上紧随其后的是以 null 结尾的指针数组，其中每个指针都指向栈中的一个环境变量字符串。全局变量 environ 指向这些指针中的第一个 envp[0]。紧随环境变量数组之后的是以 null 结尾的 argv[] 数组，其中每个元素都指向栈中的一个参数字符串。在栈的顶部是系统启动函数 libc_start_main（见 7.9 节）的栈帧。

一个新程序开始时用户栈的典型组织结构

图 8-22 一个新程序开始时，用户栈的典型组织结构

main 函数有 3 个参数：1）argc，它给出 argv[] 数组中非空指针的数量，2）argv，指向 argv[] 数组中的第一个条目，3）envp，指向 envp[] 数组中的第一个条目。

Linux 提供了几个函数来操作环境数组：

#include <stdlib.h>

char *getenv(const char *name);

返回： 若存在则为指向 name 的指针，若无匹配的，则为 NULL。

getenv 函数在环境数组中搜索字符串 "name=value"。如果找到了，它就返回一个指向 value 的指针，否则它就返回 NULL。

#include <stdlib.h>

int setenv(const char *name, const char *newvalue, int overwrite);

返回： 若成功则为 0，若错误则为 -1。

void unsetenv(const char *name);

返回： 无。

如果环境数组包含一个形如 "name=oldvalue" 的字符串，那么 unsetenv 会删除它，而 setenv 会用 newvalue 代替 oldvalue，但是只有在 overwrite 非零时才会这样。如果 name 不存在，那么 setenv 就把 "name=newvalue" 添加到数组中。

旁注程序与进程

这是一个适当的地方，停下来，确认一下你理解了程序和进程之间的区别。程序是一堆代码和数据；程序可以作为目标文件存在于磁盘上，或者作为段存在于地址空间中。进程是执行中程序的一个具体的实例；程序总是运行在某个进程的上下文中。如果你想要理解 fork 和 execve 函数，理解这个差异是很重要的。fork 函数在新的子进程中运行相同的程序，新的子进程是父进程的一个复制品。execve 函数在当前进程的上下文中加载并运行一个新的程序。它会覆盖当前进程的地址空间，但并没有创建一个新进程。新的程序仍然有相同的 PID，并且继承了调用 execve 函数时已打开的所有文件描述符。

练习题 8.6 编写一个叫做 myecho 的程序，打印出它的命令行参数和环境变量。例如：

linux> ./myecho arg1 arg2
Command-line arguments:
    argv[ 0]: myecho
    argv[ 1]: arg1
    argv[ 2]: arg2
Environment variables:
    envp[ 0]: PWD=/usr0/droh/ics/code/ecf
    envp[ 1]: TERM=emacs
    ...
    envp[25]: USER=droh
    envp[26]: SHELL=/usr/local/bin/tcsh
    envp[27]: HOME=/usr0/droh