面试题：C语言在复杂场景下等待指定子进程的优化

采用的同步机制

使用waitpid函数结合WNOHANG选项来实现非阻塞等待特定子进程。waitpid函数可以指定等待特定的子进程，WNOHANG选项使得父进程在指定子进程未结束时不会阻塞，而是立即返回，这样父进程就可以去执行其他操作，如定期检查其他子进程状态。

确保程序高效性与稳定性的方法

高效性：
- 使用非阻塞等待方式，避免父进程长时间阻塞，父进程可以在等待特定子进程的同时执行其他任务，提高CPU利用率。
- 合理安排子进程任务，避免不必要的资源竞争和重复计算。
稳定性：
- 检查waitpid等系统调用的返回值，及时处理错误情况，如子进程异常终止等。
- 对子进程和父进程进行适当的信号处理，例如处理SIGCHLD信号，确保在子进程结束时能正确通知父进程。

代码框架和关键代码段

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

// 信号处理函数
void sigchld_handler(int signum) {
    // 处理子进程结束信号，这里可以进行资源清理等操作
    // 例如调用waitpid处理僵尸进程
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

int main() {
    pid_t child_pid1, child_pid2, child_pid3;
    // 创建子进程1
    child_pid1 = fork();
    if (child_pid1 == 0) {
        // 子进程1执行的任务
        printf("Child 1 is running...\n");
        sleep(5);
        printf("Child 1 is done.\n");
        exit(0);
    }
    // 创建子进程2
    child_pid2 = fork();
    if (child_pid2 == 0) {
        // 子进程2执行的任务
        printf("Child 2 is running...\n");
        sleep(3);
        printf("Child 2 is done.\n");
        exit(0);
    }
    // 创建子进程3，假设我们要等待这个子进程
    child_pid3 = fork();
    if (child_pid3 == 0) {
        // 子进程3执行的任务
        printf("Child 3 is running...\n");
        sleep(4);
        printf("Child 3 is done.\n");
        exit(0);
    }

    // 注册信号处理函数
    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");
        return 1;
    }

    // 父进程主循环
    while (1) {
        // 非阻塞等待特定子进程（这里假设是child_pid3）
        int status;
        pid_t result = waitpid(child_pid3, &status, WNOHANG);
        if (result == child_pid3) {
            if (WIFEXITED(status)) {
                printf("Child 3 exited with status %d\n", WEXITSTATUS(status));
            } else if (WIFSIGNALED(status)) {
                printf("Child 3 was terminated by signal %d\n", WTERMSIG(status));
            }
            break;
        } else if (result == 0) {
            // 子进程未结束，父进程执行其他操作
            printf("Parent is doing other things...\n");
            // 例如检查其他子进程状态
            sleep(1);
        } else if (result == -1) {
            perror("waitpid");
            break;
        }
    }

    return 0;
}

在上述代码中：

创建多个子进程：通过fork函数创建了三个子进程，每个子进程执行不同的任务（这里简单用sleep模拟）。
信号处理：注册了SIGCHLD信号处理函数sigchld_handler，用于处理子进程结束信号，避免出现僵尸进程。
非阻塞等待：在父进程的主循环中，使用waitpid函数结合WNOHANG选项非阻塞等待特定子进程（这里是child_pid3）。根据waitpid的返回值进行不同处理，未结束时父进程执行其他操作，结束时进行相应的状态处理。

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知识考点

面试题答案

采用的同步机制

确保程序高效性与稳定性的方法

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