exec (システムコール)

コンピューティングにおいて、exec は、既存のプロセスのコンテキストで実行可能ファイルを実行し、以前の実行可能ファイルを置き換えるオペレーティング システムの機能です。 この動作はオーバーレイとも呼ばれます。 これは他の場所にも存在しますが、特にUnix 系システムで重要です。 新しいプロセスは作成されないため、プロセス識別子(PID) は変更されませんが、プロセスのマシン コード、データ、ヒープ、スタックは新しいプログラムのものに置き換えられます。

exec呼び出しは、コンパイル可能な言語や一部のスクリプト言語を含む多くのプログラミング言語で使用できます。OSコマンドインタープリタでは、exec組み込みコマンドはシェルプロセスを指定されたプログラムに置き換えます。^[1]

execのインターフェースとその実装はさまざまです。プログラミング言語によっては、1 つ以上の関数を介してアクセスできる場合があり、オペレーティング システムによっては、1 つ以上の実際のシステム コールで表される場合があります。このため、exec は関数のコレクションとして説明されることがあります。

Cにおけるこのような関数の標準名はexecl、execle、execlp、execv、execve、およびexecvpです(下記参照) が、「exec」自体はそうではありません。Linuxカーネルには「execve」という名前の対応するシステム コールが 1 つありますが、前述の関数はすべて、そのシステム コールを囲むユーザー空間のラッパーです。

高水準言語では通常、 execという名前の呼び出しが 1 つ提供されます。

POSIX標準では、C 言語のunistd.hヘッダー ファイルでexec関数が宣言されています。同じ関数が、DOS (下記参照)、OS/2、および Microsoft Windows の process.hでも宣言されています。

int execl(char const *path, char const *arg0, ...);
int execle(char const *path, char const *arg0, ..., char const *envp[]);
int execlp(char const *file, char const *arg0, ...);
int execv(char const *path, char const *argv[]);
int execve(char const *path, char const *argv[], char const *envp[]);
int execvp(char const *file, char const *argv[]);
int fexecve(int fd, char *const argv[], char *const envp[]);

一部の実装では、これらの関数の名前の先頭にアンダースコアが付けられています (例: _execl)。

それぞれの基本語はexec (実行) で、その後に 1 つ以上の文字が続きます。

e –環境変数へのポインターの配列が新しいプロセス イメージに明示的に渡されます。

l –コマンドライン引数は関数に個別に（リストとして）渡されます。

p – PATH 環境変数を使用して、実行するファイル引数で指定されたファイルを検索します。

v – コマンドライン引数は、ポインターの配列 (ベクトル)として関数に渡されます。

パス

引数は、新しいプロセス イメージとして実行するファイルのパス名を指定します。arg0 から始まる引数は、新しいプロセス イメージに渡される引数へのポインターです。argv 値は、引数へのポインターの配列です。

引数0

最初の引数arg0 は実行可能ファイルの名前である必要があります。通常、これはパス引数と同じ値です。一部のプログラムは、この引数が実行可能ファイルの場所を提供すると誤って判断する場合がありますが、これは保証されておらず、プラットフォーム間で標準化されていません。

環境

引数envpは、環境設定へのポインターの配列です。execは、eで終わる named を呼び出し、envp引数を通じて環境設定のリストを渡すことで、新しいプロセス イメージの環境を変更します。この引数は文字ポインターの配列です。各要素 (最後の要素を除く) は、環境変数を定義するnull で終了する文字列を指します。

各 null 終了文字列の形式は次のとおりです。

name=value

ここで、nameは環境変数名、value はその変数の値です。envp配列の最後の要素はnullである必要があります。

execl、execlp、execv、およびexecvp呼び出しでは、新しいプロセス イメージは現在の環境変数を継承します。

exec呼び出しが行われたときに開かれたファイル記述子は、FD_CLOEXEC でfcntlされたか、O_CLOEXEC (後者は POSIX.1-2001 で導入されました) で開かれない限り、新しいプロセス イメージでも開いたままになります。このアスペクトは、新しいプログラムの標準ストリーム(stdin、stdout、および stderr)を指定するために使用されます。

オーバーレイが成功すると、プロセスの以前のメモリ アドレス空間が破壊され、共有されなかったすべてのメモリ領域がオペレーティング システムによって再利用されます。その結果、新しいプログラムに渡されなかったデータ、または保存されなかったデータはすべて失われます。

exec が成功すると、現在のプロセス イメージが置き換えられるため、呼び出し元のプログラムには何も返されません。プロセスには終了ステータスがありますが、その値は親プロセスによって収集されます。

exec 関数が呼び出し元プログラムに戻るとエラーが発生し、戻り値は -1 になり、errno は次のいずれかの値に設定されます。

DOS はマルチタスクオペレーティング システムではありませんが、プライマリ メモリの厳しい制限と仮想メモリの不足のため、以前の実行可能イメージを置き換えることには大きなメリットがあります。DOS ではプログラムのオーバーレイに同じ API が使用され、POSIX システムと同様の効果があります。

MS-DOS の exec関数は、プログラムの実行可能ファイル ヘッダーの「最大割り当て」が既定値 0xFFFF に設定されているかのように、常に新しいプログラムをメモリにロードします。EXEHDR ユーティリティを使用すると、プログラムの最大割り当てフィールドを変更できます。ただし、これを実行して、プログラムがexec関数の 1 つを使用して呼び出された場合、プログラムは、オペレーティング システムのコマンド ラインから直接呼び出されたプログラムや、 spawn関数の 1 つを使用して呼び出されたプログラムとは動作が異なる場合があります(以下を参照)。

多くのUnixシェルには、シェルプロセスを指定されたプログラムに置き換える組み込みのexecコマンドもあります。 ^[1]ラッパースクリプトは、環境変数やその他の構成を設定した後、このコマンドを使用してプログラムを実行します（直接、またはインタープリタや仮想マシンを介して）。exec を使用すると、シェルプログラムによって使用されるリソースは、プログラムの起動後に使用され続ける必要がありません。^[2]

execコマンドはリダイレクトも実行できます。一部のシェルでは、実際のオーバーレイを作成せずに、リダイレクトのみに execコマンドを使用することも可能です。

従来のUnixシステムには、新しい実行可能プログラムを実行する新しいプロセスを 1 ステップで作成する機能がありません。これが、 Unix プログラミングにおけるexecの重要性を説明しています。他のシステムでは、実行可能ファイルを実行するためのメイン ツールとしてspawn を使用する場合があります。その結果は、Unix のようなシステムのfork-execシーケンスに相当します。POSIX は、通常vforkを使用して実装されるオプションの拡張機能としてposix_spawnルーチンをサポートしています。

OS/360 および後継には、 exec と同様の機能を実行するシステム コール XCTL (転送制御) が含まれています。

• システムプログラミングにおけるチェーンロード、オーバーレイ
• exit (システムコール)、プロセスを終了する
• fork (システムコール)、新しいプロセスを作成する (ただし実行ファイルは同じ)
• clone()、新しいスレッドを作成する方法
• PATH (変数) 、 *path引数の意味に関連

• exec: ファイルを実行する – The Open Groupの System Interfaces Reference、 The Single UNIX Specificaion、バージョン 4