面试题：C语言Linux信号量同步复杂场景处理

设计思路

信号量初始化：
- 使用semget函数创建信号量集。在创建时，指定合适的权限和初始值。例如，如果是二元信号量，初始值可以设为1；如果是计数信号量，根据实际需求设置初始值。
- 考虑使用ftok函数生成唯一的key值，以便不同进程能正确获取同一信号量集。
信号量操作：
- 获取信号量：使用semop函数，并将sem_op字段设为 -1，表示等待信号量可用（P操作）。为防止进程异常终止导致信号量永远被占用，可设置操作的SEM_UNDO标志，这样当进程终止时，内核会自动调整信号量的值。
- 释放信号量：同样使用semop函数，将sem_op字段设为1，表示释放信号量（V操作）。
进程异常处理：
- 对于可能异常终止的进程，在进程启动时，注册信号处理函数，捕获如SIGABRT、SIGSEGV等导致进程异常终止的信号。
- 在信号处理函数中，执行清理操作，例如释放已获取的信号量（通过semop执行V操作）。
检测死锁：
- 可以使用超时机制。在获取信号量时，记录开始时间，若等待时间超过一定阈值，认为可能出现死锁，进行相应处理，如释放已获取的资源并尝试重新获取。
- 还可以通过资源分配图算法（如银行家算法的变体）来检测系统是否处于安全状态，预防死锁的发生。

关键代码框架

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <signal.h>

// 信号量操作结构体
union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short int *array;
};

// 信号处理函数，用于清理信号量
void signal_handler(int signum) {
    // 假设已经获取了信号量集的id为semid
    int semid = semget(ftok(".", 'a'), 1, 0666);
    struct sembuf sem_op;
    sem_op.sem_num = 0;
    sem_op.sem_op = 1;
    sem_op.sem_flg = 0;
    semop(semid, &sem_op, 1);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

int main() {
    // 生成唯一的key值
    key_t key = ftok(".", 'a');
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        return 1;
    }

    // 创建信号量集
    int semid = semget(key, 1, IPC_CREAT | 0666);
    if (semid == -1) {
        perror("semget");
        return 1;
    }

    // 初始化信号量
    union semun sem_union;
    sem_union.val = 1;
    if (semctl(semid, 0, SETVAL, sem_union) == -1) {
        perror("semctl SETVAL");
        return 1;
    }

    // 注册信号处理函数
    signal(SIGABRT, signal_handler);
    signal(SIGSEGV, signal_handler);

    // 获取信号量
    struct sembuf sem_op;
    sem_op.sem_num = 0;
    sem_op.sem_op = -1;
    sem_op.sem_flg = SEM_UNDO;
    if (semop(semid, &sem_op, 1) == -1) {
        perror("semop");
        return 1;
    }

    // 进程正常运行的代码

    // 释放信号量
    sem_op.sem_op = 1;
    sem_op.sem_flg = 0;
    if (semop(semid, &sem_op, 1) == -1) {
        perror("semop");
        return 1;
    }

    // 删除信号量集
    if (semctl(semid, 0, IPC_RMID) == -1) {
        perror("semctl IPC_RMID");
        return 1;
    }

    return 0;
}

面试题：C语言Linux信号量同步复杂场景处理

知识考点

面试题答案

设计思路

关键代码框架