面试题：进程管理之管道机制高级难度问题

1. 实现链式通信方案

使用匿名管道：在Linux系统中，可以使用pipe函数创建匿名管道。每个进程在创建子进程之前，先创建管道，然后在子进程中关闭不需要的管道端。例如，进程A创建管道后，子进程（进程B）关闭管道的读端，进程A关闭管道的写端，这样进程A就可以向进程B发送数据。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int pipefd[2];
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (pid == 0) { // 子进程（进程B）
        close(pipefd[1]); // 关闭写端
        char buffer[BUFFER_SIZE];
        ssize_t bytes_read = read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        if (bytes_read > 0) {
            buffer[bytes_read] = '\0';
            printf("进程B接收到: %s\n", buffer);
        }
        close(pipefd[0]);
    } else { // 父进程（进程A）
        close(pipefd[0]); // 关闭读端
        const char *message = "Hello, 进程B!";
        ssize_t bytes_written = write(pipefd[1], message, strlen(message));
        if (bytes_written != strlen(message)) {
            perror("write");
        }
        close(pipefd[1]);
        wait(NULL);
    }

    return 0;
}

使用命名管道（FIFO）：如果需要在不相关的进程之间进行通信，可以使用命名管道。通过mkfifo函数创建命名管道，不同进程通过打开同一个命名管道进行读写操作。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define FIFO_NAME "my_fifo"
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int fd;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 创建命名管道
    if (mkfifo(FIFO_NAME, 0666) == -1) {
        perror("mkfifo");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 打开命名管道进行读取
    fd = open(FIFO_NAME, O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
    if (bytes_read > 0) {
        buffer[bytes_read] = '\0';
        printf("接收到: %s\n", buffer);
    }

    close(fd);
    unlink(FIFO_NAME);

    return 0;
}

2. 保证数据传输的准确性和顺序性

准确性：
- 错误处理：在读写管道时，检查函数返回值。例如，write函数返回实际写入的字节数，与期望写入的字节数进行比较；read函数返回实际读取的字节数，若返回 -1 则表示出错。
- 校验和：在发送端计算数据的校验和（如CRC、MD5等），并将校验和与数据一起发送。接收端接收到数据后，重新计算校验和并与接收到的校验和进行比较，若不一致则说明数据传输有误。
顺序性：
- 管道特性：管道本身是一种先进先出（FIFO）的数据结构，数据按写入的顺序读出。只要每个进程按顺序写入和读取，就能保证数据的顺序性。
- 同步机制：可以使用信号量或互斥锁来确保在多进程环境下，对管道的读写操作是顺序执行的。例如，在读取数据前获取信号量，读取完成后释放信号量，防止多个进程同时读取导致数据混乱。

3. 处理进程异常退出对通信链路的影响

信号处理：在每个进程中注册信号处理函数，捕获如SIGTERM、SIGSEGV等异常退出信号。在信号处理函数中，可以采取相应措施，如关闭管道、通知其他进程等。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

void signal_handler(int signum) {
    // 这里可以进行清理操作，如关闭管道
    printf("进程接收到信号 %d，进行清理操作\n", signum);
    _exit(EXIT_FAILURE);
}

int main() {
    // 注册信号处理函数
    signal(SIGTERM, signal_handler);
    signal(SIGSEGV, signal_handler);

    // 进程主体逻辑
    while (1) {
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

监控与重连：可以使用一个监控进程来监测每个进程的状态。当某个进程异常退出时，监控进程可以重新启动该进程，并重新建立通信链路。例如，使用waitpid函数等待子进程退出，若子进程异常退出则重新启动它。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    pid_t pid;
    while (1) {
        pid = fork();
        if (pid == -1) {
            perror("fork");
            exit(EXIT_FAILURE);
        } else if (pid == 0) { // 子进程
            // 子进程执行具体任务
            printf("子进程启动，PID: %d\n", getpid());
            sleep(5);
            exit(EXIT_SUCCESS);
        } else { // 父进程
            int status;
            waitpid(pid, &status, 0);
            if (WIFEXITED(status) && WEXITSTATUS(status) != 0) {
                printf("子进程异常退出，重新启动...\n");
            } else {
                printf("子进程正常退出\n");
            }
        }
    }

    return 0;
}

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1. 实现链式通信方案

2. 保证数据传输的准确性和顺序性

3. 处理进程异常退出对通信链路的影响