面试题：C语言进程创建中的资源分配与继承

继承的资源

进程地址空间：子进程获得与父进程相同的用户空间地址布局，包括代码段、数据段、堆和栈等。不过这些内存区域是写时复制（Copy - On - Write）的，即只有当父子进程中有一方尝试修改内存时，才会真正复制内存页。
文件描述符：子进程继承父进程打开的文件描述符，这些文件描述符指向相同的文件表项，意味着父子进程共享文件的偏移量等状态。
信号处理函数：子进程继承父进程设置的信号处理函数，对相同信号的处理方式与父进程相同。
当前工作目录：子进程继承父进程的当前工作目录。
用户ID和组ID：子进程继承父进程的实际用户ID、有效用户ID、实际组ID和有效组ID。

新分配的资源

进程ID（PID）：每个进程都有唯一的PID，子进程会获得一个新的、唯一的PID。
父进程ID（PPID）：子进程的PPID是父进程的PID，与父进程的PPID不同。
内存资源：虽然子进程继承了地址空间布局，但实际的物理内存是新分配的（采用写时复制机制，一开始物理内存共享，修改时才分配新的物理内存）。
文件描述符表：虽然文件描述符指向相同文件表项，但子进程有自己独立的文件描述符表。

实际应用中的意义

简化编程模型：对于一些需要进行并发操作且共享部分状态的场景，如网络服务器中，子进程可以继承父进程打开的监听套接字文件描述符，这样子进程可以直接处理客户端连接，无需重新初始化网络连接相关资源，简化了编程逻辑。
快速启动：通过继承父进程的一些资源，子进程无需重新构建整个运行环境，能快速启动并开始执行任务，提高了程序的响应速度。

可能带来的问题

资源竞争：父子进程共享文件描述符可能导致资源竞争问题。例如，父子进程同时对共享文件进行写操作，可能导致文件内容混乱。
信号处理冲突：继承相同的信号处理函数可能引发问题。如果父进程设置了一个信号处理函数用于清理资源，子进程继承后，在不恰当的时候收到信号，可能会执行不适合子进程的清理操作。

解决问题的示例

解决资源竞争问题：可以使用文件锁机制。例如，在父子进程写文件前，通过 fcntl 函数获取文件锁。

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

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_CREAT | O_WRONLY, 0666);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        close(fd);
        return 1;
    } else if (pid == 0) { // 子进程
        struct flock lock;
        lock.l_type = F_WRLCK;
        lock.l_start = 0;
        lock.l_whence = SEEK_SET;
        lock.l_len = 0;
        if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
            perror("fcntl");
            close(fd);
            return 1;
        }
        write(fd, "Child process writing\n", 20);
        lock.l_type = F_UNLCK;
        if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
            perror("fcntl");
            close(fd);
            return 1;
        }
        close(fd);
    } else { // 父进程
        struct flock lock;
        lock.l_type = F_WRLCK;
        lock.l_start = 0;
        lock.l_whence = SEEK_SET;
        lock.l_len = 0;
        if (fcntl(fd, F_SETLKW, &lock) == -1) {
            perror("fcntl");
            close(fd);
            return 1;
        }
        write(fd, "Parent process writing\n", 20);
        lock.l_type = F_UNLCK;
        if (fcntl(fd, F_SETLK, &lock) == -1) {
            perror("fcntl");
            close(fd);
            return 1;
        }
        close(fd);
    }
    return 0;
}

解决信号处理冲突问题：子进程可以在创建后重新设置适合自己的信号处理函数。

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

void parent_signal_handler(int signum) {
    printf("Parent received signal %d\n", signum);
}

void child_signal_handler(int signum) {
    printf("Child received signal %d\n", signum);
}

int main() {
    signal(SIGINT, parent_signal_handler);
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    } else if (pid == 0) { // 子进程
        signal(SIGINT, child_signal_handler);
        while (1) {
            sleep(1);
        }
    } else { // 父进程
        while (1) {
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

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面试题：C语言进程创建中的资源分配与继承

知识考点

面试题答案

继承的资源

新分配的资源

实际应用中的意义

可能带来的问题

解决问题的示例