面试题：C语言Linux下文件描述符跨线程及异常情况下的生命周期处理

底层原理分析

文件描述符的本质：在Linux系统中，文件描述符是一个非负整数，它是进程打开文件表的索引。每个进程都有自己独立的文件描述符表，该表记录了进程打开的所有文件相关信息。
多线程与文件描述符：由于线程共享进程的地址空间，包括文件描述符表，所以多线程环境下，不同线程可以访问相同的文件描述符。但这也带来了一些问题，比如一个线程异常退出可能影响其他线程对文件描述符的使用。
异常处理与资源释放：当发生段错误等异常时，操作系统默认行为可能不会自动关闭所有打开的文件描述符。为了确保资源合理释放，需要手动进行处理。

具体实现角度

文件描述符传递：在多线程间传递文件描述符相对简单，因为线程共享进程地址空间。可以将文件描述符作为参数传递给线程函数。
资源释放：
- 使用pthread_cleanup_push和pthread_cleanup_pop：这两个函数可以注册清理函数，在线程异常退出时调用。清理函数可以关闭文件描述符。
- 信号处理：通过注册信号处理函数，捕获段错误等异常信号，在信号处理函数中关闭文件描述符。但需要注意信号处理函数的异步安全问题。

代码示例

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

// 定义全局文件描述符
int fd;

// 清理函数，用于关闭文件描述符
void cleanup_handler(void *arg) {
    close(fd);
    printf("File descriptor closed in cleanup handler\n");
}

// 线程函数
void* thread_function(void* arg) {
    // 注册清理函数
    pthread_cleanup_push(cleanup_handler, NULL);

    // 模拟段错误
    int *ptr = NULL;
    *ptr = 10;

    // 取消注册清理函数（正常情况下不会执行到这里）
    pthread_cleanup_pop(0);

    return NULL;
}

// 信号处理函数
void sigsegv_handler(int signum) {
    close(fd);
    printf("File descriptor closed in signal handler\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

int main() {
    pthread_t tid;

    // 打开文件
    fd = open("test.txt", O_CREAT | O_WRONLY, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

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

    // 创建线程
    if (pthread_create(&tid, NULL, thread_function, NULL) != 0) {
        perror("pthread_create");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 等待线程结束
    if (pthread_join(tid, NULL) != 0) {
        perror("pthread_join");
        close(fd);
        return 1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

错误处理机制

文件打开错误：在打开文件时，检查返回值是否为 -1，如果是则使用perror打印错误信息并进行相应处理（如关闭其他已打开的文件描述符并退出程序）。
线程创建错误：pthread_create返回非0值表示创建线程失败，同样使用perror打印错误信息并关闭已打开的文件描述符。
线程连接错误：pthread_join返回非0值表示连接线程失败，处理方式与线程创建错误类似。
信号处理中的异步安全：在信号处理函数中，只调用异步安全的函数（如close），避免引入其他未定义行为。

通过上述方法，可以确保在多线程C语言Linux程序中，文件描述符在不同线程间正确传递，并在异常情况下合理释放资源。

面试题：C语言Linux下文件描述符跨线程及异常情况下的生命周期处理

知识考点

面试题答案

底层原理分析

具体实现角度

代码示例

错误处理机制