面试题：C语言匿名管道与多线程协作及资源管理

1. 协调多线程与匿名管道协作

避免竞争条件：
- 使用互斥锁（pthread_mutex_t）来保护对匿名管道的读写操作。在进行读或写操作前，先获取互斥锁，操作完成后释放互斥锁。
- 对于多线程读操作，可以使用条件变量（pthread_cond_t）来通知线程有数据可读，避免无效的读操作竞争。
避免死锁：
- 按照固定顺序获取锁。例如，如果有多个互斥锁，所有线程都以相同顺序获取这些锁，避免循环依赖导致死锁。
- 使用超时机制，在获取锁时设置一个超时时间，如果在规定时间内未能获取到锁，则放弃操作并进行相应处理。

2. 资源管理

文件描述符管理：
- 在父进程创建匿名管道后，将文件描述符传递给子线程。注意在子线程结束时，要正确关闭文件描述符，避免资源泄漏。
- 可以使用fcntl函数设置文件描述符为非阻塞模式，这样在读写操作时可以避免线程阻塞。
内存管理：
- 使用动态内存分配函数（如malloc、calloc）分配内存时，要确保在不再使用时使用相应的释放函数（如free）进行释放。
- 对于多线程共享的内存区域，要使用互斥锁等同步机制来保护内存的读写操作。

3. 代码框架及关键部分解释

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

// 定义全局变量
int pipe_fds[2];
pthread_mutex_t pipe_mutex;
pthread_cond_t data_ready;
char buffer[BUFFER_SIZE];

// 线程函数，用于写管道
void* write_to_pipe(void* arg) {
    // 加锁
    pthread_mutex_lock(&pipe_mutex);
    const char* message = "Hello from thread";
    write(pipe_fds[1], message, strlen(message));
    // 解锁并通知有数据可读
    pthread_cond_signal(&data_ready);
    pthread_mutex_unlock(&pipe_mutex);
    return NULL;
}

// 线程函数，用于读管道
void* read_from_pipe(void* arg) {
    // 加锁
    pthread_mutex_lock(&pipe_mutex);
    // 使用条件变量等待数据
    while (read(pipe_fds[0], buffer, BUFFER_SIZE) == 0) {
        pthread_cond_wait(&data_ready, &pipe_mutex);
    }
    printf("Read from pipe: %s\n", buffer);
    // 解锁
    pthread_mutex_unlock(&pipe_mutex);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t write_thread, read_thread;

    // 初始化互斥锁和条件变量
    pthread_mutex_init(&pipe_mutex, NULL);
    pthread_cond_init(&data_ready, NULL);

    // 创建匿名管道
    if (pipe(pipe_fds) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    // 设置管道读端为非阻塞模式
    int flags = fcntl(pipe_fds[0], F_GETFL, 0);
    fcntl(pipe_fds[0], F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

    // 创建写线程
    if (pthread_create(&write_thread, NULL, write_to_pipe, NULL) != 0) {
        perror("pthread_create write");
        return 1;
    }
    // 创建读线程
    if (pthread_create(&read_thread, NULL, read_from_pipe, NULL) != 0) {
        perror("pthread_create read");
        return 1;
    }

    // 等待线程结束
    pthread_join(write_thread, NULL);
    pthread_join(read_thread, NULL);

    // 关闭管道文件描述符
    close(pipe_fds[0]);
    close(pipe_fds[1]);

    // 销毁互斥锁和条件变量
    pthread_mutex_destroy(&pipe_mutex);
    pthread_cond_destroy(&data_ready);

    return 0;
}

关键部分解释：
- 互斥锁和条件变量初始化：在main函数中，使用pthread_mutex_init初始化互斥锁pipe_mutex，使用pthread_cond_init初始化条件变量data_ready。
- 匿名管道创建：使用pipe函数创建匿名管道，返回的文件描述符存储在pipe_fds数组中，pipe_fds[0]为读端，pipe_fds[1]为写端。
- 设置非阻塞模式：通过fcntl函数将管道读端设置为非阻塞模式，避免读操作阻塞线程。
- 线程函数：write_to_pipe线程函数在获取互斥锁后向管道写端写入数据，然后通过条件变量通知有数据可读；read_from_pipe线程函数在获取互斥锁后，使用条件变量等待数据，有数据时读取并打印。
- 资源清理：在main函数结束前，关闭管道文件描述符，销毁互斥锁和条件变量，确保资源正确释放。

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面试题：C语言匿名管道与多线程协作及资源管理

知识考点

面试题答案

1. 协调多线程与匿名管道协作

2. 资源管理

3. 代码框架及关键部分解释