面试题：C语言中Linux C语言prefork模型故障转移机制的基本原理

Question

请简要阐述在Linux环境下，C语言prefork模型故障转移机制是如何工作的，涉及到哪些关键的系统调用以及它们的作用。

Answer 1

Prefork模型故障转移机制工作原理

1. 预先创建子进程：主进程在启动时会预先fork出一定数量的子进程。这些子进程处于空闲状态，等待处理客户端请求。
2. 请求分配：当有客户端请求到达时，主进程将请求分配给其中一个空闲的子进程进行处理。
3. 子进程故障检测：主进程会定期检查子进程的状态。如果某个子进程在处理请求过程中出现故障（例如崩溃），主进程能够及时发现。
4. 故障转移：一旦检测到子进程故障，主进程会立即fork一个新的子进程来替代出现故障的子进程，以维持系统的处理能力。新的子进程会进入空闲状态，随时准备接收并处理新的客户端请求。

关键系统调用及作用

1. fork()
   • 作用：用于创建子进程。主进程调用fork后，系统会复制主进程的地址空间，产生一个几乎完全一样的子进程，包括代码段、数据段等。子进程从fork调用处开始执行，与主进程并发运行。在Prefork模型中，主进程通过多次调用fork创建多个子进程，构建起处理请求的进程池。
2. wait() 或 waitpid()
   • 作用：主进程使用这两个系统调用等待子进程的状态改变（如终止、停止等）。wait函数会阻塞主进程，直到任意一个子进程结束；waitpid函数可以指定等待特定的子进程结束，并且可以通过设置选项来决定是否阻塞。在Prefork模型中，主进程利用wait或waitpid检测子进程是否出现故障（结束运行），以便及时采取故障转移措施。
3. signal() 或 sigaction()
   • 作用：用于设置信号处理函数。在Prefork模型中，主进程可以通过这些系统调用设置针对特定信号（如SIGCHLD，子进程状态改变时发出）的处理函数。当子进程出现故障（结束运行）时，系统会发出SIGCHLD信号，主进程通过信号处理函数来得知子进程故障，并启动新的子进程进行故障转移。