面试题：C语言中Linux prefork模型进程启动顺序优化

Question

假设在一个高并发的网络服务场景下使用Linux C语言的prefork模型，为了加快进程启动顺序以提升整体性能，你会采取哪些优化措施？请从系统资源分配、进程间通信等方面阐述。

Answer 1

系统资源分配

1. 预分配文件描述符： 提前打开并分配好一些常用的文件描述符，如日志文件、配置文件等。这样在子进程启动时就无需再进行打开操作，减少I/O开销。例如，主进程可以在fork之前打开日志文件：

int log_fd = open("server.log", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);
if (log_fd == -1) {
    perror("open log file");
    return -1;
}

然后在子进程中可以直接使用这个文件描述符进行日志记录。 2. 内存分配策略：

• 共享内存：对于一些需要在多个进程间共享的数据，如缓存数据等，使用共享内存。主进程创建共享内存段，并将其映射到自己的地址空间，然后在fork子进程时，子进程继承这些映射关系。这样子进程可以直接访问共享内存中的数据，避免了数据的重复拷贝。例如：

// 创建共享内存段
key_t key = ftok(".", 'a');
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);
if (shmid == -1) {
    perror("shmget");
    return -1;
}
// 映射到自己的地址空间
void *shared_mem = shmat(shmid, NULL, 0);
if (shared_mem == (void *)-1) {
    perror("shmat");
    return -1;
}

• 内存池：在主进程中初始化内存池，子进程可以从内存池中获取内存，减少频繁的malloc和free操作。内存池的实现可以采用链表等数据结构，预先分配一定数量的内存块，子进程需要内存时从链表中取出，使用完毕后再放回链表。

进程间通信

1. 使用高效的通信机制：

• 管道优化：如果使用管道进行进程间通信，对于双向通信的场景，可以采用一对命名管道（FIFO），而不是普通管道。命名管道可以在不同进程组之间使用，并且在进程启动时就可以创建好，避免了普通管道只能在父子进程间使用且需要在fork后立即创建的局限性。例如：

// 创建命名管道
if (mkfifo("fifo1", 0666) == -1) {
    perror("mkfifo");
    return -1;
}
if (mkfifo("fifo2", 0666) == -1) {
    perror("mkfifo");
    return -1;
}

• 信号量优化：在使用信号量进行进程同步时，尽量减少信号量的操作次数。例如，可以将多个操作合并成一个信号量操作，避免频繁的P、V操作。可以使用计数信号量来控制对共享资源的访问数量，当子进程需要访问共享资源时，先执行P操作，访问完毕后执行V操作。

2. 减少通信开销：

• 减少不必要的通信：分析业务逻辑，确定哪些数据是真正需要在进程间传递的，避免不必要的数据传输。例如，对于一些只在本地进程内使用的数据，无需通过进程间通信传递。
• 批量数据传输：如果需要传递大量数据，采用批量传输的方式，而不是逐字节或逐小块传输。这样可以减少通信次数，提高效率。比如可以将多个小数据块组装成一个大数据包进行发送。