system函数与exec函数族

文章目录

• system函数
• • 函数原型
  • • 功能
    • 参数
    • 返回值
    • • 返回值获取shell退出状态
  • 实现原理
  • 安全风险
  • • system运行任意的shell命令
    • 命令注入漏洞
• exec函数族
• • 核心功能
  • 函数原型
  • • 命名规律
    • 参数对比
    • 返回值
    • 常见错误码
  • 应用例程
  • • execl() - 参数列表形式
    • execv() - 参数数组形式
    • execle() - 自定义环境变量
    • execve() - 系统调用（最底层）
    • execlp() - 自动搜索PATH
    • execvp() - PATH搜索 + 参数数组
    • 标准模式：fork + exec

system函数

函数原型

#include<stdlib.h>intsystem(constchar*command);

功能

• 执行shell命令，就像在终端中输入命令一样

system("ls -la");// 执行ls命令system("echo Hello");// 执行echo命令system("gcc test.c");// 执行编译命令

参数

• 有效命令：执行命令
• NULL：检查shell是否可用
• 空字符串：""直接返回成功

#include<stdlib.h>#include<stdio.h>intmain(){// 1. 执行简单命令system("pwd");// 打印当前目录// 2. 执行带参数的命令system("ls -l /tmp");// 3. 执行复杂命令（管道、重定向等）system("ps aux | grep bash > output.txt");// 4. 使用变量构建命令charfilename[100]="test.txt";charcommand[200];snprintf(command,sizeof(command),"cat %s",filename);system(command);return0;}

返回值

• == 127：启动shell失败，/bin/sh 不存在或不可执行
• == -1：其他错误，fork失败、内存不足等
• 其他值：命令执行状态，shell的退出状态编码

intret=system(command);if(ret==-1){// system()调用本身失败perror("system() failed");}elseif(WIFEXITED(ret)){// 命令正常结束printf("命令退出码: %d\n",WEXITSTATUS(ret));if(WEXITSTATUS(ret)==127){printf("错误: shell无法启动或命令不存在\n");}elseif(WEXITSTATUS(ret)==126){printf("错误: 命令不可执行\n");}}elseif(WIFSIGNALED(ret)){// 命令被信号终止printf("命令被信号终止: %d\n",WTERMSIG(ret));}

返回值获取shell退出状态

// 要获取真正的退出状态，需要处理返回值intstatus=system("ls /nonexistent");if(status==-1){printf("system()调用失败\n");}else{// 使用wait相关的宏if(WIFEXITED(status)){intexit_code=WEXITSTATUS(status);printf("命令退出码: %d\n",exit_code);// ls /nonexistent 会返回 2}}

实现原理

system("ls -l") ↓ fork() 创建子进程 ↓ 子进程：execl("/bin/sh", "sh", "-c", "ls -l", NULL) ↓ shell解析命令：ls -l ↓ shell执行ls命令 ↓ shell退出，返回ls的退出状态 ↓ 父进程接收状态，返回给调用者

// system() 大致相当于以下代码：intsystem(constchar*command){if(command==NULL){// 检查shell是否存在returnshell_exists()?1:0;}pid_tpid=fork();if(pid==0){// 子进程：执行shellexecl("/bin/sh","sh","-c",command,(char*)NULL);_exit(127);// 如果execl失败}elseif(pid>0){// 父进程：等待子进程结束intstatus;waitpid(pid,&status,0);returnstatus;// 返回shell的退出状态}else{// fork失败return-1;}}

安全风险

system运行任意的shell命令

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(intargc,constchar*argv[]){charbuf[1024]={};while(1){printf("命令->");fgets(buf,1024,stdin);system(buf);}return0;}

命令注入漏洞

• 如果键入rm -rf *;会造成不可挽回的后果

// ⚠️ 危险！可能被攻击！charuser_input[100];printf("输入文件名: ");fgets(user_input,sizeof(user_input),stdin);charcommand[200];sprintf(command,"rm %s",user_input);// ⚠️ 危险！system(command);// 如果用户输入: "test.txt; rm -rf /"// 实际执行: rm test.txt; rm -rf /

exec函数族

核心功能

• 进程替换
  • 不创建新进程：替换当前进程的代码和数据
  • 继承PID：保持原进程ID不变
  • 全新开始：从新程序的main()函数开始执行

函数原型

// 所有exec函数都在 <unistd.h> 中#include<unistd.h>intexecl(constchar*path,constchar*arg0,...,(char*)NULL);intexecv(constchar*path,char*constargv[]);intexecle(constchar*path,constchar*arg0,...,(char*)NULL,char*constenvp[]);intexecve(constchar*path,char*constargv[],char*constenvp[]);intexeclp(constchar*file,constchar*arg0,...,(char*)NULL);intexecvp(constchar*file,char*constargv[]);

命名规律

execl - l: list (参数列表) execv - v: vector (参数数组) execle - e: environment (传递环境变量) execlp - p: PATH (在PATH中查找程序) execvp - p + v: PATH + 参数数组 execve - 系统调用 (v + e)

参数对比

函数	程序路径	参数传递方式	环境变量	PATH搜索
execl()	完整路径	参数列表	继承当前	否
execv()	完整路径	参数数组	继承当前	否
execle()	完整路径	参数列表	自定义	否
execve()	完整路径	参数数组	自定义	否
execlp()	文件名	参数列表	继承当前	是
execvp()	文件名	参数数组	继承当前	是

返回值

• 执行成功：不返回（进程被替换）
• 执行失败：返回 -1，设置 errno

// 重要：exec成功时，后面的代码不会执行！if(execl("/bin/ls","ls",NULL)==-1){// 只有exec失败时才会执行到这里perror("exec failed");exit(1);}// exec成功后，这里的代码永远不会执行printf("这行不会打印！\n");

常见错误码

#include<errno.h>intret=execvp("nonexistent",args);if(ret==-1){switch(errno){caseENOENT:printf("程序不存在\n");break;caseEACCES:printf("没有执行权限\n");break;caseENOMEM:printf("内存不足\n");break;caseE2BIG:printf("参数列表太长\n");break;caseENOEXEC:printf("不是可执行文件\n");break;default:perror("exec失败");}exit(1);}

应用例程

execl() - 参数列表形式

intexecl(constchar*path,constchar*arg0,...,(char*)NULL);// 参数以列表形式传递，以NULL结束// 示例：执行 ls -l /tmpexecl("/bin/ls","ls","-l","/tmp",NULL);// 相当于终端命令：$ ls -l /tmp

execv() - 参数数组形式

intexecv(constchar*path,char*constargv[]);// 参数以数组形式传递// 示例：执行 ls -l /tmpchar*args[]={"ls","-l","/tmp",NULL};execv("/bin/ls",args);// argv数组必须以NULL结束！

execle() - 自定义环境变量

intexecle(constchar*path,constchar*arg0,...,(char*)NULL,char*constenvp[]);// 示例：执行程序并传递新环境变量char*env[]={"MYVAR=hello","PATH=/usr/bin",NULL};execle("/bin/sh","sh","-c","echo $MYVAR",NULL,env);

execve() - 系统调用（最底层）

intexecve(constchar*path,char*constargv[],char*constenvp[]);// 示例：完全控制参数和环境变量char*args[]={"myprog","-v",NULL};char*env[]={"DEBUG=1","LOG_LEVEL=debug",NULL};execve("/usr/local/bin/myprog",args,env);

execlp() - 自动搜索PATH

intexeclp(constchar*file,constchar*arg0,...,(char*)NULL);// 示例：不需要完整路径execlp("ls","ls","-l","/tmp",NULL);// 系统会在PATH中查找ls// 相当于：execl("/bin/ls", "ls", "-l", "/tmp", NULL);

execvp() - PATH搜索 + 参数数组

intexecvp(constchar*file,char*constargv[]);// 示例：最常用的组合char*args[]={"gcc","test.c","-o","test",NULL};execvp("gcc",args);// 自动在PATH中找gcc

标准模式：fork + exec

#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){pid_tpid=fork();if(pid==-1){perror("fork失败");exit(1);}if(pid==0){// 子进程：执行新程序printf("子进程 PID=%d 准备执行新程序\n",getpid());// 方法1：使用execlexecl("/bin/ls","ls","-l","/tmp",NULL);// 方法2：使用execvp// char *args[] = {"ls", "-l", "/tmp", NULL};// execvp("ls", args);// 如果exec失败perror("exec失败");_exit(1);// 子进程结束}else{// 父进程：等待子进程printf("父进程 PID=%d 等待子进程\n",getpid());intstatus;waitpid(pid,&status,0);if(WIFEXITED(status)){printf("子进程退出码: %d\n",WEXITSTATUS(status));}}return0;}

• 资源在exec后保持不变：
  • 1. 进程ID和父进程ID
  • 2. 实际用户ID和实际组ID
  • 3. 进程组ID和会话ID
  • 4. 控制终端
  • 5. 当前工作目录
  • 6. 文件创建掩码
  • 7. 文件锁
  • 8. 未处理的闹钟
  • 9. 信号处理方式（但被忽略的信号保持忽略）
• 资源在exec后变化：
  • 1. 代码段、数据段、堆栈（全新）
  • 2. 文件描述符的close-on-exec标志
  • 3. 共享内存、内存映射文件
  • 4. 线程（所有线程终止）