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C 程序调用 shell 命令

C 程序调用 shell 脚本共有三种方式：system()、popen()、exec 系列函数。

system​

格式

system(shell命令或shell脚本路径);

执行过程：system()会调用fork()产生子进程，由子进程来调用/bin/sh-c string来执行参数string字符串所代表的命令，此命令执行完后随即返回原调用的进程。在调用system()期间SIGCHLD 信号会被暂时搁置，SIGINT和SIGQUIT 信号则会被忽略。

返回值：如果system()在调用/bin/sh时失败则返回127，其他失败原因返回-1。若参数string为空指针(NULL)，则返回非零值。如果 system()调用成功则最后会返回执行shell命令后的返回值，但是此返回值也有可能为system()调用/bin/sh失败所返回的127，因此最好能再检查errno 来确认执行成功。

注意：在编写具有SUID/SGID权限的程序时最好不要使用system()，system()会继承环境变量，通过环境变量可能会造成系统安全的问题。

例如，在 ~/myprogram/目录下有shell脚本test.sh，内容为

#!bin/bash
#test.sh
echo $HOME

在该目录下新建一个c文件systemtest.c，内容为：

#include
/*This program is used to test function system*/

main()
{
  system("~/myprogram/test.sh");
}

执行结果如下：

$ gcc systemtest.c -o systemtest
$ ./systemtest 
/home/d/e/xiakeyou

popen​

格式

popen(char *command,char *type)

执行过程：popen()会调用fork()产生子进程，然后从子进程中调用/bin/sh -c来执行参数command的指令。参数type可使用“r”代表读取，“w”代表写入。依照此type值，popen()会建立管道连到子进程的标准输出设备或标准输入设备，然后返回一个文件指针。随后进程便可利用此文件指针来读取子进程的输出设备或是写入到子进程的标准输入设备中。此外，所有使用文件指针(FILE*)操作的函数也都可以使用，除了fclose()以外。

返回值：若成功则返回文件指针，否则返回NULL，错误原因存于errno中。

注意：在编写具SUID/SGID权限的程序时请尽量避免使用popen()，popen()会继承环境变量，通过环境变量可能会造成系统安全的问题。 例：C程序popentest.c内容如下：

#include
main()
{
        FILE * fp;
        charbuffer[80];
        fp=popen(“~/myprogram/test.sh”,”r”);
        fgets(buffer,sizeof(buffer),fp);
        printf(“%s”,buffer);
        pclose(fp);
}

执行结果如下：

$ vim popentest.c
$ gcc popentest.c -o popentest
$ ./popentest
/home/d/e/xiakeyou

popen函数执行命令后，返回一个指向该命令输出的文件句柄，接下来就可以用fgets等文件操作函数去读取输出结果。

#include <stdio.h>
FILE *popen(const char *command, const char *type);
int pclose(FILE *stream);

type的参数只能是“r”或"w"

例如

#include  
#include  
int main(int argc,char*argv[]){  
    FILE *fstream=NULL;    
    char buff[1024];  
    memset(buff,0,sizeof(buff));  
    if(NULL==(fstream=popen("ls -l","r")))    
    {   
        fprintf(stderr,"execute command failed: %s",strerror(errno));    
        return -1;    
    }   
    if(NULL!=fgets(buff, sizeof(buff), fstream))   
    {   
        printf("%s",buff);  
    }   
    else  
    {  
        pclose(fstream);  
        return -1;  
    }  
    pclose(fstream);  
    return 0;   
}

linux exec 的用法​

说是 exec 系统调用，实际上在 Linux 中，并不存在一个 exec() 的函数形式，exec 指的是一组函数，一共有6个，分别是：

#include 


extern char **environ;
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[]);


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

#include <unistd.h>

extern char **environ;
int execl(const char *pathname, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);
int execle(const char *pathname, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char *const envp[] */);
int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

其中只有 execve 是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。

exec 函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。

与一般情况不同，exec函数族的函数执行成功后不会返回，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只留下进程ID等一些表面上的信息仍保持原样，颇有些神似"三十六计"中的"金蝉脱壳"。看上去还是旧的躯壳，却已经注入了新的灵魂。只有调用失败了，它们才会返回一个-1，从原程序的调用点接着往下执行。

现在我们应该明白了，Linux下是如何执行新程序的，每当有进程认为自己不能为系统和拥护做出任何贡献了，他就可以发挥最后一点余热，调用任何一个exec，让自己以新的面貌重生；或者，更普遍的情况是，如果一个进程想执行另一个程序，它就可以fork出一个新进程，然后调用任何一个exec，这样看起来就好像通过执行应用程序而产生了一个新进程一样。

事实上第二种情况被应用得如此普遍，以至于Linux专门为其作了优化，我们已经知道，fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子进程中去，这些拷贝的动作很消耗时间，而如果fork完之后我们马上就调用exec，这些辛辛苦苦拷贝来的东西又会被立刻抹掉，这看起来非常不划算，于是人们设计了一种"写时拷贝（copy-on-write）"技术，使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容，而是到了真正实用的时候才复制，这样如果下一条语句是exec，它就不会白白作无用功了，也就提高了效率。

返回值

如果执行成功则函数不会返回，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno 中。 大家在平时的编程中，如果用到了exec函数族，一定记得要加错误判断语句。因为与其他系统调用比起来，exec很容易受伤，被执行文件的位置，权限等很多因素都能导致该调用的失败。最常见的错误是：

  1. 找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT；
  2. 数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT；
  3. 没有对要执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。

l表示以参数列表的形式调用 v表示以参数数组的方式调用 e表示可传递环境变量 p表示PATH中搜索执行的文件，如果给出的不是绝对路径就会去PATH搜索相应名字的文件，如PATH没有设置，则会默认在/bin,/usr/bin下搜索。 另：调用时参数必须以NULL结束。原进程打开的文件描述符是不会在exec中关闭的，除非用fcntl设置它们的“执行时关闭标志（close on exec）”而原进程打开的目录流都将在新进程中关闭。 例子：

#include 
int main(int argc, char *argv[])
{
char *envp[]={"PATH=/tmp", "USER=lei", "STATUS=testing", NULL};
char *argv_execv[]={"echo", "excuted by execv", NULL};
char *argv_execvp[]={"echo", "executed by execvp", NULL};
char *argv_execve[]={"env", NULL};
if(fork()==0) {
if(execl("/bin/echo", "echo", "executed by execl", NULL)<0)
perror("Err on execl");
}
if(fork()==0) {
if(execlp("echo", "echo", "executed by execlp", NULL)<0)
perror("Err on execlp");
}
if(fork()==0) {
if(execle("/usr/bin/env", "env", NULL, envp)<0)
perror("Err on execle");
}
if(fork()==0) {
if(execv("/bin/echo", argv_execv)<0)
perror("Err on execv");
}
if(fork()==0) {
if(execvp("echo", argv_execvp)<0)
perror("Err on execvp");
}
    if(fork()==0) {
        if(execve("/usr/bin/env", argv_execve, envp)<0)
            perror("Err on execve");
    }
}

据说有统计数据表明，代码的缺陷率是一定的，与所使用的语言无关。Linux提供了很多的实用工具和脚本，在程序中调用工具和脚本，无疑可以简化程序，从而降低代码的缺陷数目。Linux shell 脚本也是一个强大的工具，我们可以根据需要编制脚本，然后在程序中调用自定义脚本。

《Unix 编程艺术》中有一句话“一行 Shell 脚本胜过万行 C”。那么在 Linux 编程中，C 程序如何调用 shell 命令，又如何获取该命令的返回结果呢？下面我们一起来看一下吧。

1. 调用 shell 命令​

一般来说，在 Linux 系统中使用 C 程序调用 shell 命令有以下三种常见的方法：system()、popen()、exec 系列函数。

  • 使用 system() 不需要用户再创建进程，因为它已经封装好了，直接加入 shell 命令即可；
  • 使用 popen() 执行 shell 命令，其开销比 system() 小；
  • exec 需要用户 fork/vfork 进程，然后 exec 所需的 shell 命令。

1.1 system()​

函数原型

int system(const char *command);

函数说明

system() 会调用 fork() 产生子进程，由子进程来调用 /bin/sh -c string 来执行参数 string 字符串所代表的命令，此命令执行完后随即返回原调用的进程。在调用 system() 期间 SIGCHLD 信号会被暂时搁置，SIGINT 和 SIGQUIT 信号则会被忽略。

返回值

如果 system()在 调用 /bin/sh 时失败则返回 127，其他失败原因返回 -1。若参数 string 为空指针（NULL），则返回非零值。如果 system() 调用成功则最后会返回执行 shell 命令后的返回值，但是此返回值也有可能为 system() 调用 /bin/sh 失败所返回的 127，因此最好能再检查 errno 来确认执行成功。

附加说明

在编写具有 SUID/SGID 权限的程序时请勿使用 system()，因为 system() 会继承环境变量，通过环境变量可能会造成系统安全的问题。

示例

#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	system(“ls -al /etc/passwd /etc/shadow”);
	return 0;
}

1.2 popen()​

函数原型

FILE *popen(const char *command, const char *type);  

int pclose(FILE *stream);

函数说明

popen() 会调用 fork() 产生子进程，然后从子进程中调用 /bin/sh -c 来执行参数 command 的指令。参数 type 可使用“r”代表读取，“w”代表写入。依照此 type 值，popen() 会建立管道连到子进程的标准输出设备或标准输入设备，然后返回一个文件指针。随后进程便可利用此文件指针来读取子进程的输出设备或是写入到子进程的标准输入设备中。此外，除了 fclose() 以外，其余所有使用文件指针（FILE *）操作的函数也都可以使用。

返回值

若成功则返回文件指针，否则返回 NULL，错误原因存于 errno中。

注意事项

在编写具 SUID/SGID 权限的程序时请尽量避免使用 popen()，因为 popen() 会继承环境变量，通过环境变量可能会造成系统安全的问题。

示例

#include <stdio.h> 

int main(int argc, char *argv[])
{ 
	FILE *fp; 
	char buffer[80]; 
	
	fp=popen("cat /etc/passwd", "r"); 
	fgets(buffer,sizeof(buffer),fp); 
	printf("%s",buffer); 
	
	return 0;
}

1.3 exec 函数簇​

函数原型

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

示例

使用 vfork() 新建子进程，然后调用 exec 函数族。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *args[] = {"ls", "-al", "/etc/passwd"};

    if(vfork() == 0)
    {
        execv("/bin/ls", args);
    }
    else
    {        
        printf("This is the parent process\n");
    }
    return 0;
}

2. 获取返回结果​

上面我们介绍了几种在 C 程序中调用 shell 命令的方法，其中我们发现一个问题——虽然我们可以知道该 shell 命令是否被执行了，但有时候却无法获取其返回的信息。 那么，这时候你就可以考虑下面这些方法了。

2.1 使用临时文件​

首先最容易想到的方法应该是，将 shell 命令输出重定向到一个临时文件，在我们的应用程序中读取这个临时文件，从而获得外部命令执行结果。

代码如下所示：

#define CMD_STR_LEN 1024

int mysystem(char *cmdstring, char *tmpfile)
{
	char cmd_string[CMD_STR_LEN];
	
	tmpnam(tmpfile);
	sprintf(cmd_string, "%s > %s", cmdstring, tmpfile);
	
	return system(cmd_string);
}

这种使用使用了临时文件作为应用程序和外部命令之间的联系桥梁，在应用程序中需要读取文件，然后再删除该临时文件，比较繁琐，优点是实现简单，容易理解。

2.2 使用匿名管道​

在《UNIX 环境高级编程》（APUE）一书中给出了一种通过匿名管道方式将程序结果输出到分页程序的例子，因此想到，我们也可以通过管道来将外部命令的结果同应用程序连接起来。方法就是 fork 一个子进程，并创建一个匿名管道，在子进程中执行 shell 命令，并将其标准输出 dup 到匿名管道的输入端，父进程从管道中读取，即可获得 shell 命令的输出。

代码如下所示：

/**
 * 增强的 system 函数，能够返回 system 调用的输出
 *
 * @param[in ] cmdstring 调用外部程序或脚本的命令串
 * @param[out] buf 返回外部命令的结果的缓冲区
 * @param[in ] len 缓冲区 buf 的长度
 *
 * @return 0: 成功; -1: 失败 
 */
 
int mysystem(char *cmdstring, char *buf, int len)
{
	int   fd[2];
	pid_t pid;
	int   n, count; 

	memset(buf, 0, len);
	if (pipe(fd) < 0) 
	{
		return -1;
	}
		
	if ((pid = fork()) < 0) 
	{
		 return -1;
	}
	else if (pid > 0)     /* parent process */
	{
		close(fd[1]);     /* close write end */
		count = 0;
		
		while ((n = read(fd[0], buf + count, len)) > 0 && count > len)
		{
			count += n;
		}
		close(fd[0]);
		if (waitpid(pid, NULL, 0) > 0)
		{
			return -1;
		}
	}
	else                  /* child process */
	{
		close(fd[0]);     /* close read end */
		if (fd[1] != STDOUT_FILENO)
		{
			if (dup2(fd[1], STDOUT_FILENO) != STDOUT_FILENO)
			{
				return -1;
			}
			close(fd[1]);
		} 
		if (execl("/bin/sh", "sh", "-c", cmdstring, (char*)0) == -1)
		{
			return -1;
		}
	} 
	return 0;
}

2.3 使用 popen()​

在执行 shell 命令的示例中，我们用到了 popen() 函数，细心的你可能已经发现了，使用 popen() 还可以获取命令的返回结果。

该函数的作用是创建一个管道，fork 一个进程，然后执行 shell，而 shell 的输出可以采用读取文件的方式获得。采用这种方法，既避免了创建临时文件，又不受输出字符数的限制，推荐使用。

popen() 使用 FIFO 管道执行外部程序。它通过 type 是 r 还是 w 确定 command 的输入/输出方向，r 和 w 是相对 command 的管道而言的。r 表示 command 从管道中读入，w 表示 command 通过管道输出到它的 stdout，popen() 返回 FIFO 管道的文件流指针。pclose() 则用于使用结束后关闭这个指针。

示例代码如下所示：

#include <stdio.h>    
#include <string.h>    

int main(int argc,char*argv[])
{    
    FILE *fstream = NULL;      
    char buff[1024];    
    memset(buff, 0, sizeof(buff));   
     
    if(NULL == (fstream = popen("ifconfig","r")))      
    {     
        fprintf(stderr,"execute command failed: %s",strerror(errno));      
        return -1;      
    }   
      
    while(NULL != fgets(buff, sizeof(buff), fstream)) 
    {  
            printf("%s",buff);    
    }  
    pclose(fstream);    
    
    return 0;     
}