这里将介绍 exec 函数家族。即以下函数：
execl
execv
execle
execve
execlp
execvp
为了满足需要，我们将使用 execvp，它的签名看起来像这样：
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
函数名中的 vp 表明：它接受一个文件名，将在系统 $PATH 变量中搜索此文件名，它还接受将要执行的一组参数。
你可以阅读 exec 的 man 页面 以得到其它函数的更多信息。让我们看一下以下代码，它执行命令 ls -l -h -a：
execvp.c
#include <unistd.h>
int main() {
char *argv[] = {"ls", "-l", "-h", "-a", NULL};
execvp(argv[0], argv);
return 0;
}
#include <unistd.h>
int main() {
char *argv[] = {"ls", "-l", "-h", "-a", NULL};
execvp(argv[0], argv);
return 0;
}
关于 execvp 函数，有几点需要注意：
个参数是命令名。
它将当前进程的映像交换为被执行的命令的映像，后面再展开说明。
如果你编译并执行上面的代码，你会看到类似于下面的输出：
total 32 drwxr-xr-x 5 dhanush staff 170B Jun 11 11:32 . drwxr-xr-x 4 dhanush staff 136B Jun 11 11:30 .. -rwxr-xr-x 1 dhanush staff 8.7K Jun 11 11:32 a.out drwxr-xr-x 3 dhanush staff 102B Jun 11 11:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 dhanush staff 130B Jun 11 11:32
total 32 drwxr-xr-x 5 dhanush staff 170B Jun 11 11:32 . drwxr-xr-x 4 dhanush staff 136B Jun 11 11:30 .. -rwxr-xr-x 1 dhanush staff 8.7K Jun 11 11:32 a.out drwxr-xr-x 3 dhanush staff 102B Jun 11 11:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 dhanush staff 130B Jun 11 11:32
它和你在你的主 shell 中手动执行ls -l -h -a的结果完全相同。
既然我们能执行命令了，我们需要使用在部分中学到的fork 系统调用构建有用的东西。事实上我们要做到以下这些：当用户输入时接受命令。
调用 fork 以创建一个子进程。
在子进程中执行命令，同时父进程等待命令完成。
回到步。
我们看看下面的函数，它接收一个字符串作为输入。我们使用库函数 strtok 以空格分割该字符串，然后返回一个字符串数组，数组也用 NULL来终结。
include <stdlib.h>
#include <string.h>
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
char *separator = " ";
char *parsed;
int index = 0;
parsed = strtok(input, separator);
while (parsed != NULL) {
command[index] = parsed;
index++;
parsed = strtok(NULL, separator);
}
command[index] = NULL;
return command;
}
include <stdlib.h>
#include <string.h>
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
char *separator = " ";
char *parsed;
int index = 0;
parsed = strtok(input, separator);
while (parsed != NULL) {
command[index] = parsed;
index++;
parsed = strtok(NULL, separator);
}
command[index] = NULL;
return command;
}
如果该函数的输入是字符串 "ls -l -h -a"，那么函数将会创建这样形式的一个数组：["ls", "-l", "-h", "-a", NULL]，并且返回指向此队列的指针。
现在，我们在主函数中调用 readline 来读取用户的输入，并将它传给我们刚刚在上面定义的 get_input。一旦输入被解析，我们在子进程中调用 fork 和 execvp。在研究代码以前，看一下下面的图片，先理解 execvp 的含义：
当 fork 命令完成后，子进程是父进程的一份精确的拷贝。然而，当我们调用 execvp 时，它将当前程序替换为在参数中传递给它的程序。这意味着，虽然进程的当前文本、数据、堆栈段被替换了，进程 id 仍保持不变，但程序完全被覆盖了。如果调用成功了，那么 execvp 将不会返回，并且子进程中在这之后的任何代码都不会被执行。这里是主函数：
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <readline/readline.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
char **command;
char *input;
pid_t child_pid;
int stat_loc;
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid == 0) {
/* Never returns if the call is successful */
execvp(command[0], command);
printf("This won't be printed if execvp is successuln");
} else {
waitpid(child_pid, &stat_loc, WUNTRACED);
}
free(input);
free(command);
}
return 0;
}
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <readline/readline.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
char **command;
char *input;
pid_t child_pid;
int stat_loc;
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid == 0) {
/* Never returns if the call is successful */
execvp(command[0], command);
printf("This won't be printed if execvp is successuln");
} else {
waitpid(child_pid, &stat_loc, WUNTRACED);
}
free(input);
free(command);
}
return 0;
}
全部代码可在此处的单个文件中获取。如果你用 gcc -g -lreadline shell.c 编译它，并执行二进制文件，你会得到一个小的可工作 shell，你可以用它来运行系统命令，比如 pwd 和 ls -lha：
unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> ls -lha total 28K drwxr-xr-x 6 root root 204 Jun 11 18:27 . drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Jun 11 16:50 .. -rwxr-xr-x 1 root root 16K Jun 11 18:27 a.out drwxr-xr-x 3 root root 102 Jun 11 15:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 root root 130 Jun 11 15:38 execvp.c -rw-r--r-- 1 root root 997 Jun 11 18:25 shell.c unixsh>
unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> ls -lha total 28K drwxr-xr-x 6 root root 204 Jun 11 18:27 . drwxr-xr-x 3 root root 4.0K Jun 11 16:50 .. -rwxr-xr-x 1 root root 16K Jun 11 18:27 a.out drwxr-xr-x 3 root root 102 Jun 11 15:32 a.out.dSYM -rw-r--r-- 1 root root 130 Jun 11 15:38 execvp.c -rw-r--r-- 1 root root 997 Jun 11 18:25 shell.c unixsh>
注意：fork 只有在用户输入命令后才被调用，这意味着接受用户输入的用户提示符是父进程。
错误处理
到目前为止，我们一直假设我们的命令总会完美的运行，还没有处理错误。所以我们要对 shell.c做一点改动：
fork – 如果操作系统内存耗尽或是进程数量已经到了允许的值，子进程就无法创建，会返回 -1。我们在代码里加上以下内容：
...
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid < 0) {
perror("Fork failed");
exit(1);
}
...
...
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
child_pid = fork();
if (child_pid < 0) {
perror("Fork failed");
exit(1);
}
...
execvp – 就像上面解释过的，被成功调用后它不会返回。然而，如果执行失败它会返回 -1。同样地，我们修改 execvp 调用：
...
if (execvp(command[0], command) < 0) {
perror(command[0]);
exit(1);
}
...
...
if (execvp(command[0], command) < 0) {
perror(command[0]);
exit(1);
}
...
注意：虽然fork之后的exit调用终止整个程序，但execvp之后的exit 调用只会终止子进程，因为这段代码只属于子进程。
malloc – 如果操作系统内存耗尽，它就会失败。在这种情况下，我们应该退出程序：
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
if (command == NULL) {
perror("malloc failed");
exit(1);
}
...
char **get_input(char *input) {
char **command = malloc(8 * sizeof(char *));
if (command == NULL) {
perror("malloc failed");
exit(1);
}
...
动态内存分配 – 目前我们的命令缓冲区只分配了8个块。如果我们输入的命令超过8个单词，命令就无法像预期的那样工作。这么做是为了让例子便于理解，如何解决这个问题留给读者作为一个练习。
上面带有错误处理的代码可在这里获取。
内建命令
如果你试着执行 cd 命令，你会得到这样的错误：
cd: No such file or directory cd: No such file or directory
我们的 shell 现在还不能识别cd命令。这背后的原因是：cd不是ls或pwd这样的系统程序。让我们后退一步，暂时假设cd 也是一个系统程序。你认为执行流程会是什么样？在继续阅读之前，你可能想要思考一下。
流程是这样的：
用户输入 cd /。
shell对当前进程作 fork，并在子进程中执行命令。
在成功调用后，子进程退出，控制权还给父进程。
父进程的当前工作目录没有改变，因为命令是在子进程中执行的。因此，cd 命令虽然成功了，但并没有产生我们想要的结果。
因此，要支持 cd，我们必须自己实现它。我们也需要确保，如果用户输入的命令是 cd（或属于预定义的内建命令），我们根本不要 fork 进程。相反地，我们将执行我们对 cd（或任何其它内建命令）的实现，并继续等待用户的下一次输入。，幸运的是我们可以利用 chdir 函数调用，它用起来很简单。它接受路径作为参数，如果成功则返回0，失败则返回 -1。我们定义函数：
int cd(char *path) {
return chdir(path);
}
并且在我们的主函数中为它加入一个检查：
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
if (strcmp(command[0], "cd") == 0) {
if (cd(command[1]) < 0) {
perror(command[1]);
}
/* Skip the fork */
continue;
}
...
while (1) {
input = readline("unixsh> ");
command = get_input(input);
if (strcmp(command[0], "cd") == 0) {
if (cd(command[1]) < 0) {
perror(command[1]);
}
/* Skip the fork */
continue;
}
...
带有以上更改的代码可从这里获取，如果你编译并执行它，你将能运行 cd 命令。这里是一个示例输出：
Shell unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> cd / unixsh> pwd / unixsh>
unixsh> pwd /Users/dhanush/github.com/indradhanush.github.io/code/shell-part-2 unixsh> cd / unixsh> pwd / unixsh>
第二部分到此结束。在下一篇文章中，我们将探讨信号的主题以及实现对用户中断（Ctrl-C）的处理。敬请期待。
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