Bài 40.326 phút đọc

exec và mẫu fork cộng exec

Sau bài này bạn sẽ làm được

Phân biệt sáu biến thể của exec
Giải thích vì sao exec thành công không bao giờ trả về
Viết mẫu fork cộng exec cộng wait
Tự cài system bằng ba lời gọi đó

fork tạo một bản sao của tiến trình hiện tại. Nhưng bạn hiếm khi muốn chạy chính chương trình đó hai lần; bạn muốn con chạy một chương trình khác. Đó là việc của exec, và ghép hai cái lại là nền tảng của mọi shell.

#exec thay chương trình

exec

Thay thế hoàn toàn chương trình đang chạy bằng một chương trình khác. PID giữ nguyên, không tạo tiến trình mới. Mã, dữ liệu, ngăn xếp, heap của chương trình cũ bị vứt hết và thay bằng của chương trình mới.

/* fork  = tao mot tien trinh MOI (ban sao)
   exec  = THAY chuong trinh trong tien trinh HIEN TAI

   Tuong tu: fork la sinh mot dua tre giong het ban.
             exec la dua tre do dot ngot bien thanh mot nguoi khac,
             van cung than xac (cung PID) nhung tam hon moi (chuong
             trinh moi).

   Ghep lai: fork ra mot con, roi con exec thanh chuong trinh khac.
   Do la cach shell chay moi lenh: no khong bien MINH thanh "ls",
   ma fork ra mot con roi cho con exec thanh "ls". */

terminal

# exec.c goi execlp('ls', ...) -> tien trinh BIEN thanh ls

./exec_demo

Truoc exec: PID=25301
tong 8
-rw-r--r-- 1 an an  312 exec.c
-rwxr-xr-x 1 an an 8912 exec_demo
(dong nay KHONG in ra: exec da thay chuong trinh)

#Sáu biến thể

Sáu hàm exec, khác nhau ở ba chữ cái

#include <unistd.h>

/* l = danh sach doi so (list), ket thuc bang NULL */
execl ("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
execlp("ls",       "ls", "-l", NULL);          /* p = tim trong PATH */
execle("/bin/ls",  "ls", "-l", NULL, envp);    /* e = truyen moi truong */

/* v = mang doi so (vector) */
char *argv[] = { "ls", "-l", NULL };
execv ("/bin/ls", argv);
execvp("ls",       argv);                       /* v + p */
execve("/bin/ls",  argv, envp);                 /* syscall THAT, cac cai kia
                                                   deu goi xuong no */

perror("exec");   /* Neu chay toi day thi exec THAT BAI */

Hàm	l/v: đối số	p: tìm PATH	e: môi trường
execl	Danh sách	Không	Không
execlp	Danh sách	Có	Không
execle	Danh sách	Không	Có
execv	Vector	Không	Không
execvp	Vector	Có	Không
execve	Vector	Không	Có

Ba chữ cái, ba lựa chọn

l hay v. l nhận đối số như danh sách rời "ls", "-l", NULL, tiện khi biết trước. v nhận một mảng, tiện khi số đối số động, ví dụ trong shell.
p hay không. Có p thì tìm chương trình trong PATH, nên "ls" đủ. Không có thì phải cho đường dẫn đầy đủ "/bin/ls".
e hay không. Có e thì bạn tự truyền mảng môi trường; không thì kế thừa môi trường hiện tại.

/* Dung nhieu nhat trong shell: execvp
     - v: so doi so dong (nguoi dung go gi cung duoc)
     - p: tim trong PATH nhu shell that

   Chu y doi so DAU TIEN lap lai ten chuong trinh:
     execvp("ls", (char*[]){"ls", "-l", NULL});
                   ^^^^                ^^^^ ten chuong trinh
                   ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ argv[0] cua no
   argv[0] theo quy uoc la ten lenh, va nhieu chuong trinh doc
   no de biet minh duoc goi bang ten gi. */

#Không bao giờ trả về

exec thành công thì KHÔNG BAO GIỜ trả về

execvp("ls", argv);
perror("execvp");           /* dong nay CHI chay khi exec THAT BAI */
_exit(127);                 /* ma 127 = lenh khong tim thay, quy uoc shell */

/* Vi sao: exec THAY chuong trinh hien tai. Sau khi exec thanh
   cong, chuong trinh cu KHONG CON TON TAI, ke ca dong lenh
   ngay sau exec. Tien trinh gio chay chuong trinh moi tu dau
   ham main cua no.

   Nen moi dong SAU exec chi chay duoc khi exec KHONG thanh cong
   (khong tim thay chuong trinh, khong co quyen, v.v.).

   Do la ly do mau chuan la:
     exec...(...);
     perror("exec");        // toi day nghia la loi
     _exit(127);            // thoat voi ma loi

   Neu ban KHONG co dong _exit sau exec, va exec that bai, tien
   trinh con chay tiep ma cua ban voi trang thai sai. Trong shell,
   do la mot con them fork ra chay linh tinh. */

#Mẫu fork cộng exec

Mẫu nền tảng của mọi shell

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

int main(void) {
    char *argv[] = { "ls", "-l", NULL };

    pid_t pid = fork();

    if (pid < 0) {
        perror("fork");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        /* CON: bien thanh "ls" */
        execvp(argv[0], argv);
        perror("execvp");       /* chi toi day neu exec loi */
        _exit(127);
    } else {
        /* CHA: cho con xong */
        int status;
        waitpid(pid, &status, 0);
        if (WIFEXITED(status))
            printf("Lenh thoat voi ma %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    return 0;
}

Ba bước, và vì sao theo đúng thứ tự này

/* 1. fork: tao mot con. Cha KHONG duoc bien thanh "ls", vi cha
      con phai lam viec khac (nhac lenh tiep theo). Nen fork ra
      mot con de HY SINH cho exec.

   2. exec (trong con): con bien thanh "ls". PID giu nguyen,
      nen cha van biet PID do de cho.

   3. wait (trong cha): cha cho con xong, lay ma thoat.

   Do chinh xac la vong lap cua mot shell:
     doc lenh -> fork -> con exec lenh -> cha wait -> lap lai.
   Du an Mini Shell (Bai 60.4) xay ca mot shell tren mau nay,
   them chuyen huong, pipe, va tin hieu. */

#Tự cài system

my_system: system() bằng fork + exec + wait

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

/* system("lenh") chay "lenh" qua shell /bin/sh -c "lenh".
   Tu cai bang fork + exec + wait: */
int my_system(const char *lenh) {
    if (lenh == NULL) return 1;             /* system(NULL) hoi co shell khong */

    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0) return -1;

    if (pid == 0) {
        /* con: chay lenh qua shell, de shell lo pipe, chuyen huong... */
        execl("/bin/sh", "sh", "-c", lenh, (char *)NULL);
        _exit(127);
    }

    int status;
    while (waitpid(pid, &status, 0) < 0)
        if (errno != EINTR) return -1;      /* thu lai neu bi ngat */

    return status;
}

terminal

./my_system_demo

chay: echo xin chao
xin chao
ma thoat: 0

my_system dùng shell, nên có lỗ hổng chèn lệnh

my_system("rm tep_cua_nguoi_dung");

/* Neu ten tep den tu nguoi dung va la "a; rm -rf ~", thi shell
   chay CA "rm -rf ~". Do la CHEN LENH (Bai 59.3).

   my_system tien vi dung shell (lo pipe, chuyen huong, bien
   moi truong), nhung chinh vi dung shell ma no nguy hiem voi
   du lieu ngoai.

   Khi ban khong can shell dien giai, dung fork + exec voi
   DANH SACH DOI SO truc tiep, KHONG qua shell: */
char *argv[] = { "rm", ten_tep, NULL };     /* ten_tep la MOT doi so */
execvp("rm", argv);                          /* shell khong dien giai gi */

/* Do la ly do system() va my_system chi nen dung voi lenh
   CO DINH ban tu viet, khong bao gio voi du lieu tu nguoi dung.
   Xem Bai 59.3 va du an Mini Shell (60.4). */

Quên _exit sau exec

if (fork() == 0) { execvp(argv[0], argv); perror("execvp"); /* QUEN _exit: neu exec loi, con chay tiep ma cua CHA, fork them, wait nham... hon loan */ }

Luôn có _exit

if (fork() == 0) { execvp(argv[0], argv); perror("execvp"); _exit(127); /* con THOAT ngay khi exec loi */ }

Tự làm thử

Viết chương trình dùng execvp để chạy ls -l và xác nhận dòng sau exec không in ra.
Thử cả sáu biến thể exec để chạy cùng một lệnh.
Bỏ _exit sau exec, cho exec một lệnh không tồn tại, và quan sát hậu quả.
Cài mẫu fork cộng exec cộng wait chạy một lệnh bất kỳ từ đối số dòng lệnh.
Cài my_system và chứng minh lỗ hổng chèn lệnh với một đầu vào độc hại.
Chạy ba lệnh song song bằng ba lần fork cộng exec, rồi chờ cả ba và báo mã thoát từng cái.

Trình chấm điểm tự động sẽ được bổ sung ở giai đoạn sau. Hiện tại bạn tự chạy thử trên máy.

Tóm tắt

exec thay chương trình trong tiến trình hiện tại, giữ nguyên PID, không tạo tiến trình mới.
Sáu biến thể khác ở ba chữ: l/v (danh sách/mảng), p (tìm PATH), e (truyền môi trường); shell hay dùng execvp.
exec thành công không bao giờ trả về; dòng sau nó chỉ chạy khi exec lỗi, nên luôn có perror và _exit.
Mẫu fork cộng exec cộng wait là nền tảng của mọi shell.
system và my_system dùng shell nên có lỗ hổng chèn lệnh; dùng exec với danh sách đối số cho dữ liệu ngoài.