面试题：C语言在Linux复杂场景下子进程等待机制优化

设计思路

信号处理：使用信号机制来捕获子进程状态变化的信号，例如SIGCHLD信号。当子进程状态发生改变（如正常退出、异常终止或停止）时，内核会向父进程发送SIGCHLD信号。
wait系列函数：在信号处理函数中调用waitpid函数来等待子进程结束，并获取其状态信息。waitpid可以指定等待特定的子进程，避免父进程等待所有子进程结束。
进程间通信（可选）：如果需要在子进程之间或子进程与父进程之间传递数据，可以使用管道、共享内存等IPC机制。这里主要是为了获取子进程状态，所以IPC不是核心部分，但在实际应用中可能会用到。

关键代码段作用

信号处理函数：

void sigchld_handler(int signum) {
    pid_t pid;
    int status;
    // 使用waitpid等待子进程结束，避免僵尸进程
    while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
        if (WIFEXITED(status)) {
            printf("子进程 %d 正常退出，退出状态: %d\n", pid, WEXITSTATUS(status));
        } else if (WIFSIGNALED(status)) {
            printf("子进程 %d 异常终止，信号: %d\n", pid, WTERMSIG(status));
        }
    }
}

这个函数在接收到SIGCHLD信号时被调用。waitpid函数的-1参数表示等待任意子进程，WNOHANG标志表示如果没有子进程结束则立即返回，不阻塞。通过WIFEXITED和WIFSIGNALED宏来判断子进程是正常退出还是异常终止，并获取相应的状态信息。

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");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

这里使用sigaction函数注册SIGCHLD信号的处理函数。SA_RESTART标志使得被信号中断的系统调用自动重启。

创建子进程：

pid_t pid = fork();
if (pid == -1) {
    perror("fork");
    exit(EXIT_FAILURE);
} else if (pid == 0) {
    // 子进程代码
    // 执行不同时长的任务
    sleep(2); // 示例，执行2秒任务
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

使用fork函数创建子进程，子进程执行具体的任务，这里以sleep模拟任务执行时长，最后通过exit退出。父进程则继续执行其他逻辑，等待子进程状态变化信号。

完整示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.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) {
        if (WIFEXITED(status)) {
            printf("子进程 %d 正常退出，退出状态: %d\n", pid, WEXITSTATUS(status));
        } else if (WIFSIGNALED(status)) {
            printf("子进程 %d 异常终止，信号: %d\n", pid, WTERMSIG(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(EXIT_FAILURE);
    }

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid == -1) {
            perror("fork");
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else if (pid == 0) {
            // 子进程执行不同时长任务
            sleep(i + 1);
            exit(i);
        }
    }

    // 父进程继续执行其他逻辑，等待信号处理子进程状态
    while (1) {
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

在这个示例中，创建了5个子进程，每个子进程执行不同时长的任务后退出。父进程通过信号处理机制及时获取子进程的状态，避免了进程僵死和资源泄漏。

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