面试题：C语言在Linux高并发场景下等待子进程的优化策略

1. 信号机制

原理：通过注册信号处理函数，当子进程结束时，系统会发送SIGCHLD信号给父进程，父进程的信号处理函数可以在该信号触发时调用waitpid函数来回收子进程资源，而无需父进程一直阻塞等待子进程结束。

优点：

非阻塞方式，父进程不会因为等待子进程而阻塞，提高了程序的并发处理能力。
可以异步处理子进程结束事件，在子进程结束时及时回收资源。

缺点：

信号处理函数的执行环境比较特殊，编写复杂的逻辑可能存在风险，例如不能在信号处理函数中调用一些不安全的函数。
信号可能会丢失，在高并发场景下如果信号处理不及时，可能会导致部分子进程资源无法及时回收。

风险：

由于信号处理函数是异步执行的，可能会与主程序的其他部分产生竞态条件，例如对共享资源的访问冲突。

代码框架示例：

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

void sigchld_handler(int signum) {
    pid_t pid;
    int status;
    while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
        // 处理子进程结束相关逻辑
        printf("Child %d terminated with status %d\n", pid, status);
    }
}

int main() {
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = sigchld_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = SA_RESTART;
    if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction");
        exit(1);
    }

    // 主程序创建大量子进程逻辑
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid == 0) {
            // 子进程逻辑
            sleep(1);
            exit(i);
        } else if (pid < 0) {
            perror("fork");
            exit(1);
        }
    }

    // 主程序其他逻辑
    while (1) {
        // 主程序继续执行其他任务
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

2. 非阻塞等待方式

原理：使用waitpid函数的WNOHANG标志，父进程调用waitpid时不会阻塞，而是立即返回。如果有子进程结束，返回子进程的PID并回收资源；如果没有子进程结束，返回0，父进程可以继续执行其他任务，然后定期调用waitpid检查是否有子进程结束。

优点：

父进程不会阻塞等待子进程，保持了程序的并发执行能力。
实现相对简单，不需要额外的信号处理机制。

缺点：

父进程需要定期轮询调用waitpid，增加了CPU开销。在高并发场景下，如果轮询频率过高，会消耗大量CPU资源。
可能不能及时回收子进程资源，因为是轮询检查，在两次轮询之间子进程结束可能不能立即处理。

风险：

由于轮询频率的不确定性，如果设置不当，可能导致系统资源浪费或者子进程资源回收不及时。

代码框架示例：

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

int main() {
    // 主程序创建大量子进程逻辑
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid == 0) {
            // 子进程逻辑
            sleep(1);
            exit(i);
        } else if (pid < 0) {
            perror("fork");
            exit(1);
        }
    }

    // 主程序轮询等待子进程结束
    while (1) {
        pid_t pid;
        int status;
        pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG);
        if (pid > 0) {
            // 处理子进程结束相关逻辑
            printf("Child %d terminated with status %d\n", pid, status);
        } else if (pid == 0) {
            // 没有子进程结束，继续执行其他任务
            sleep(1);
        } else {
            // 错误处理
            perror("waitpid");
            break;
        }
    }
    return 0;
}

3. 总结

在高并发场景下等待子进程，信号机制更适合需要及时响应子进程结束事件并且对CPU开销比较敏感的场景，但编写信号处理函数需要更加谨慎；非阻塞等待方式实现简单，但要注意合理设置轮询频率以平衡CPU开销和资源回收及时性。根据具体应用场景的需求，可以选择合适的优化策略或结合使用多种策略。

面试题：C语言在Linux高并发场景下等待子进程的优化策略

知识考点

面试题答案

1. 信号机制

2. 非阻塞等待方式

3. 总结