面试题：C语言共享内存复杂场景下的性能优化与异常处理

性能优化方面

数据结构设计：

尽量简化数据结构，减少不必要的嵌套和指针层级。例如，如果有多层嵌套的结构体，可以考虑扁平化处理。
使用高效的数据结构，如哈希表在查找场景下效率更高。

// 简单的哈希表示例
#define TABLE_SIZE 1024
typedef struct {
    int key;
    int value;
} HashEntry;
HashEntry hashTable[TABLE_SIZE];
int hashFunction(int key) {
    return key % TABLE_SIZE;
}
void insert(int key, int value) {
    int index = hashFunction(key);
    hashTable[index].key = key;
    hashTable[index].value = value;
}
int lookup(int key) {
    int index = hashFunction(key);
    if (hashTable[index].key == key) {
        return hashTable[index].value;
    }
    return -1; // 未找到
}

同步机制：

对于读多写少的场景，使用读写锁（pthread_rwlock）代替互斥锁（pthread_mutex）。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
pthread_rwlock_t rwlock;
int sharedData = 0;
void *reader(void *arg) {
    pthread_rwlock_rdlock(&rwlock);
    printf("Reader read: %d\n", sharedData);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}
void *writer(void *arg) {
    pthread_rwlock_wrlock(&rwlock);
    sharedData++;
    printf("Writer wrote: %d\n", sharedData);
    pthread_rwlock_unlock(&rwlock);
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_rwlock_init(&rwlock, NULL);
    pthread_t r1, w1;
    pthread_create(&r1, NULL, reader, NULL);
    pthread_create(&w1, NULL, writer, NULL);
    pthread_join(r1, NULL);
    pthread_join(w1, NULL);
    pthread_rwlock_destroy(&rwlock);
    return 0;
}

考虑使用无锁数据结构，如无锁队列（liblfds库），在某些场景下可避免锁争用。

内存管理：
- 减少共享内存的碎片化，合理分配内存块大小。例如，使用内存池技术，预先分配一大块共享内存，然后按固定大小的块进行分配和回收。
- 及时释放不再使用的共享内存。
系统调用优化：
- 批量操作共享内存，减少系统调用次数。例如，使用mmap映射一大块共享内存，而不是频繁调用shmat和shmdt。

异常排查与解决

内存段错误：

使用gdb调试，在程序崩溃处设置断点，查看变量值和堆栈信息。

gdb your_program
(gdb) run
(gdb) bt # 查看堆栈

检查共享内存的访问边界，确保读写操作在合法范围内。例如，检查数组访问是否越界。

int *sharedArray = (int *)shmat(shmid, NULL, 0);
int size = 10;
for (int i = 0; i < size; i++) {
    if (i < size) {
        sharedArray[i] = i; // 正确访问
    } else {
        // 此处会导致段错误，需修正
    }
}

同步机制失效：

使用strace工具查看系统调用，检查同步函数（如pthread_mutex_lock等）的调用情况，看是否有异常返回。

strace -f your_program

增加日志输出，记录同步操作的时间和状态，以便分析同步冲突的原因。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
pthread_mutex_t mutex;
void *threadFunction(void *arg) {
    printf("Thread trying to lock mutex\n");
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    printf("Thread locked mutex\n");
    // 临界区操作
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
    printf("Thread unlocked mutex\n");
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, threadFunction, NULL);
    pthread_join(thread, NULL);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

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面试题：C语言共享内存复杂场景下的性能优化与异常处理

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