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什么是进程替换？
我们之前fork之后，是父子进程各自执行代码的一部分，然后父子代码共享，数据写时拷贝各自一份.
但是如果子进程就想执行一个全新的程序呢？子进程想拥有自己的代码，这就用到了程序的替换.
程序替换，是通过特定的接口，加载磁盘上的一个全新的程序(代码和数据),加载到调用进程的地址空间中.
比如只有一个进程，先不考虑父子进程.
先把可执行程序加载到内存中，然后进程通过地址空间及页表的映射找到代码地址，然后执行.
此时如果发生了程序替换，要替换成磁盘中另一个可执行程序other.exe，此时便会将新的磁盘上的程序加载到内存，并和当前页表建立映射.而原本的程序myproc.exe几乎不发生变化.
而这些工作，可以使用exec系列的接口来实现的.
所以进程替换的原理是：
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。
其中，exec系列函数的本质就是如何加载程序的函数.
我们来演示两个例子，一个是单独一个进程，一个是父子两个进程.
先来看一个进程的：
make编译然后运行：
正如我们的预期.
然后我们进行进程替换，当然需要用到上面所提到的exec系列函数.
execl()
我们man execl查看用法：
这里一共有6个相关的函数，但学会一个，后面的基本上也不是什么问题.
那我们先来第一个execl.
path是要新加载程序的路径。path：路径+目标文件名
第二个是传入一个字符串作为参数，等下会细说.
...这个叫做可变参数列表，即可以传入多个、不定个数的参数.最后一个参数必须是NULL结尾标识参数传递完毕.
我们在命令行上怎么写的，在这里参数就怎么填.什么意思呢，我们看下面的例子.
打开刚才那段代码，利用execl函数，然后我们先用一下系统的程序，例如填写ls的路径，然后参数的话，我们想执行ls，会在命令行上输入ls，所以参数写一个ls即可，如下:
退出来之后，make编译执行.
首先，我们发现execl之前的代码正常运行了，而execl之后的代码并没有运行，这说明此时程序已经被ls替换了.它会将当前代码所有的代码和数据都进行替换，包括执行的和未执行的，一但替换成，后面的代码都不会被执行了.
其次我们发现ls的命令也被执行了，说明替换的程序也正常运行了.
这便是execl的一个用法.
当然还可以加更多的参数，例如：
然后运行：
此时发现程序相当于执行了ls -a -l，显示了隐藏的文件及详细信息.
当然可以换成其它的命令，which,pwd,top...等等.只要填写其路径即可.
知道了用法，然后返回值还没说
说execl只有返回失败的时候才有返回值，返回-1.
也就是说，execl进程替换成功是不会有返回值的.
其实我们仔细想一下也是这样的，execl进程替换成功后，会连自己的execl这一行代码都替换掉，取而代之的一个全新的程序，所以返回值在这里也是没有意义的.
接下来我们演示一个父子两个进程的例子.
然后我们预期的结果应该是子进程ls之后，父进程显示等待成功，并输出子进程的退出码.
可以发现，正如我们预期的所示.
为什么要创建子进程？
为什么不影响父进程，父进程聚焦在读取数据，解析数据，指派进程执行代码的功能！
父进程负责fork，管理这些子进程，子进程负责程序替换，完成自己的工作.
execl之后，父子进程的关系？
加载新程序前，父进程和子进程的关系是代码共享，数据写时拷贝.
当子进程execl加载新程序后，它们父子间代码需要分离，代码需要进行写时拷贝，这样父子进程在代码和数据上就彻底分开了.
execv()
我们同样的先用man查看一下用法
注意和execl的区别：
execl的传参类似list的方式，
而execv是指针数组，和execl没有本质的区别，只有传参上的区别，execv需要我们传入一个指针，这个指针指向的是这个argv数组.我们事先把选项写好到argv数组中，而execl需要我们把每个选项都当做参数传入.
以上是execv的传参方式.我们看用代码是如何写的.
注意和execl的区别，execv相当于是先在外面写好之后，再把写好的数组传进来.
运行之后，结果依然正确.
execlp()
我们依然man查看一下用法：
这个file和之前的path有什么区别呢？
我们上面说的，要寻找替换的文件，需要写它的路径。那么如果不带路径，可以找到程序吗？
当然是可以的，环境变量便是如此。例如我们平常运行ls的时候，不需要加路径即可运行，而我们运行我们自己的可执行程序时，需要加上路径./来运行.
所以execlp的file意思是它会自动在环境变量PATH中寻找，不用告诉它程序在哪里.
用代码这样写：
首先它会自动在环境变量PATH中寻找"ls",然后执行ls -a -l.
同样地，照样结果正确.
同时你要分清以上两个ls的区别:第一个ls意思是你想执行谁(查找路径)，第二个ls是你想怎么执行(匹配).
execvp()
这个类似于execl和execp的区别，只是第二个参数不同，即除了传参方式不一样，别的本质都是一样的.
注意和上一个execlp的区别：
只有第二个参数不一样，只是传参方式改变：
照样可以正常运行：
如何利用execl执行自己写的C/C++可执行程序？
我们可以在myproc.c文件中利用execl函数调用 由mycmd.c文件编译形成的mycmd可执行文件.
然后利用make编译两个文件，再执行myproc，便可以调用到自己写的C可执行程序(mycmd).
首先继续刚才的，再myproc.c文件中，先把mycmd的路径写入，为什么方便以后修改，我们可以直接#define一下，然后传入到execl函数中，执行-a选项.
然后编写mycmd.c文件：
需要用到main函数里的命令行参数，如果输入的没有两个参数，就直接结束程序，若输入
mycmd -a ，则输出a.
mycmd -b，则输出b.
然后退出，make编译，那么有一个问题：
如何利用makefile同时编译两个文件
我们之前在make/makefile里讲过，如果直接make，便会从makefile中从上到下执行只执行第一条语句，这样只能编译一个文件，到时候在编译很多文件时，得一个一个编译，会很麻烦.
这个时候便用到了伪对象，也是那一章说过的.
定义一个伪对象all，比如我们最后要形成两个可执行文件mycmd和myproc.
然后我们只维护一个依赖关系，让伪对象all依赖于mycmd与myproc.
这样编译器遇到all时，会自动向下找到这两个语句，然后再分别编译得到它们，这样就成功了.
make编译好之后，我们运行myproc文件
可以发现已经成功运行了我们自己写的C程序了.
execle()
可以发现前两个参数和我们之前的那一套一模一样，所以我们只用看第三个参数即可.
第三个参数是一个环境变量，准确来说是来传递环境变量给新的程序的.
我们在原来的程序myproc.c文件中，写入一个环境变量：
然后再mycmd.c文件中获取环境变量
此时我们再次make编译并运行.
便成功获取到了环境变量.
当我们不传入环境变量时，即新的进程获取不到，便会返回null.
execvpe()
这个接口无非是前面几个接口参数的叠加，只要会前面的几个接口，这个接口也照样可以使用.
file是从环境变量里面查找，argv是要传入的参数选项，envp是要传递的环境变量，前面几个接口都有所提到，这里便不再做演示.
当然以上6个都不是严格意义上的系统接口，只是系统提供的基本封装.真正的系统接口是execve.
filename需要把文件的全路径写上，argv同样也是同上，是参数和选项，最后一个参数也是传递环境变量.
到这里进程替换就讲完了，这些函数很多而且名字相近，各函数的作用也不相同，要记忆起来也是比较困难.
其实仔细观察这些函数名，也是有规律的.
l(list) : 表示参数采用列表，即将参数全部传入到函数中，例如execl，execlp，execle.
v(vector) : 参数用数组，即先在外部将参数选项写入到数组里，再传入到函数中，例如execv，execvp.
p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH，自带path，不需要写文件的全部路径，如execlp，execvp.
e(env) : 表示自己维护环境变量，可以传入环境变量，如execle.
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[]);
这张图也是对以上的一种总结，不用死记硬背，理解以上几个意思，看到函数便知道需要怎么传入参数了.
简单shell的编写
简单shell的编写基本上覆盖了之前所有进程控制的知识点，包括进程创建，进程终止，进程等待以及今天的进程替换，具体细节可以查看源代码，会有详细的注释.
这里唯一需要注意的是，当父进程bash创建子进程后，子进程执行的进程替换，即命令是无法完成内置命令的，例如cd这样的，子进程刚完成cd然后进程就退出了，这样并没有意义.
所以我们需要让父进程bash亲自完成，这里需要用到一个chdir函数，具体怎么使用可以man chdir来查看用法，总体代码如下：
include<stdio.h>
2 #include<stdlib.h>
3 #include<string.h>
4 #include<unistd.h>
5 #include<sys/types.h>
6 #include<sys/wait.h>
7
8 #define NUM 1024
9 #define SIZE 32
10 #define SEP " "
11 //保存打散之后的命令行字符串
12 char* g_argv[SIZE];
13 //保存完整的命令行字符串
14 char cmd_line[NUM];
15
16 //shell 运行原理: 通过让子进程执行命令，父进程等待 和 解析命令
17 int main()
18 {
19 //0.命令行解释器，一定是一个常驻内存的进程，不退出
20 while(1)
21 {
22 //1.打印出提示信息:[root@localhost myShell]$
23 printf("[root@localhost myShell]# ");
24 fflush(stdout);
25 memset(cmd_line,'\0',sizeof(cmd_line));
26 //2.获取用户的输入[输入的是各种指令和选项:"ls -a -l"]
27 if(fgets(cmd_line,sizeof(cmd_line),stdin) == NULL)
28 {
29 continue;
30 }
31 cmd_line[strlen(cmd_line)-1] = '\0';
32 //ls -a -l\n
33 //printf("echo: %s\n",cmd_line);
34 //3.命令行字符串解析："ls -a -l" -> "ls" "-a" "-l"
35
36 g_argv[0] = strtok(cmd_line,SEP);//第一次调用，要传入原始字符串
37 int index = 1;
38 //这段代码等价于下面while(g_argv[index++] = strtok(NULL,SEP));
39 // while(1)
40 // {
41 // g_argvp[index] = strtok(NULL,SEP);//第二次，如果还要解析原始字符串，则传入NULL
42 // index++;
43 // }
//如果是ls命令，我们可以给它加上颜色
44 if(strcmp(g_argv[0],"ls") == 0)
45 {
46 g_argv[index++] = "--color=auto";
47 }
48 while(g_argv[index++] = strtok(NULL,SEP));
49 //for DEBUG
50 // for(index = 0; g_argv[index]; index++)
51 // {
52 // printf("g_argv[%d]:%s\n",index,g_argv[index]);
53 // }
54 //
55 //4.TODO 内置命令：让父进程(shell)自己执行的命令，我们叫做内置命令(内建命令)
56 //内置命令本质就是shell中的一个函数调用
57 if(strcmp(g_argv[0],"cd") == 0)//不想让子进程执行，而是父进程执行
58 {
59 if(g_argv[1] != NULL)
60 {
61 chdir(g_argv[1]);
62 continue;
63 }
64 }
65 //5.fork()
66 pid_t id = fork();
67 if(id == 0)
68 {
69 //child process
70 printf("功能让子进程执行\n");
71 execvp(g_argv[0],g_argv);//ls -a -l
72 exit(1);
73 }
74 else
75 {
76 //father process
77 int status = 0;
78 pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
79 if(ret > 0)
80 {
81 printf("exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));
82 }
83 }
84 }
85 return 0;
86 }
我们make编译好后然后运行：
发现功能都可以正常使用了.