面试题：C语言Linux异步I/O的复杂错误处理

Question

假设在一个多线程的C程序中使用Linux异步I/O，其中一个线程发起异步I/O操作后，另一个线程可能在操作完成前修改相关资源，导致出现错误。描述如何检测这种错误，以及设计一套有效的错误处理机制，确保程序的稳定性和数据完整性。

Answer 1

检测错误

1. 使用文件描述符标志：在发起异步I/O操作前，使用fcntl函数设置文件描述符的标志，例如O_ASYNC，并通过fcntl设置信号处理函数来处理I/O完成信号。在信号处理函数中，可以检查资源状态是否被修改。
2. 加锁机制：在发起异步I/O操作时，使用互斥锁（pthread_mutex_t）对相关资源进行加锁。在另一个线程试图修改资源时，先获取锁，如果获取失败则说明有异步I/O操作正在进行，此时不能修改资源。当异步I/O操作完成后，解锁资源。
3. 使用引用计数：为相关资源维护一个引用计数。发起异步I/O操作时，增加引用计数。在另一个线程修改资源前，检查引用计数是否大于0。如果大于0，说明有异步I/O操作正在使用该资源，不能修改。当异步I/O操作完成后，减少引用计数。

错误处理机制

1. 重试机制：如果检测到资源状态被修改导致异步I/O错误，可以设计一个重试机制。例如，在一定次数内重新发起异步I/O操作，每次重试前等待一段适当的时间，以期望资源状态恢复正常。
2. 回滚操作：当检测到错误时，如果可能，执行回滚操作，将相关资源恢复到异步I/O操作前的状态。这需要在异步I/O操作前备份相关资源。
3. 日志记录：将错误信息记录到日志文件中，包括错误发生的时间、线程ID、异步I/O操作的类型以及相关资源的状态。这有助于调试和分析错误原因。
4. 优雅关闭：如果错误无法恢复，设计一个优雅关闭机制，通知其他线程停止操作，释放资源，然后安全地退出程序。可以通过发送信号或设置共享的退出标志来实现。