面试题：C语言中Linux文件描述符复用的基本场景

Question

在Linux环境下使用C语言编程，描述至少两种适合复用文件描述符的场景，并简要说明原因。

Answer 1

以下是两种适合复用文件描述符的场景及原因：

进程间通信（如管道通信）

1. 场景描述：在父子进程通过管道进行通信时，父进程创建管道后，会得到两个文件描述符，一个用于读（fd[0]），一个用于写（fd[1]）。父进程调用fork创建子进程后，子进程会复制父进程的文件描述符表，从而复用这些文件描述符。子进程可以关闭读端文件描述符（如果它只负责写），父进程可以关闭写端文件描述符（如果它只负责读），然后双方基于剩下的文件描述符进行数据传递。
2. 原因：这种复用方式能够高效地在具有亲缘关系的进程间传递数据，利用了文件描述符在进程间共享的特性，无需额外复杂的数据传输机制。同时，通过关闭不需要的文件描述符，能避免误操作，确保数据流向的正确性。

服务器端并发处理多个客户端连接（以TCP服务器为例）

1. 场景描述：在基于TCP协议的服务器编程中，服务器通过socket函数创建监听套接字，得到一个文件描述符。当有客户端连接时，accept函数会返回一个新的文件描述符，代表与客户端建立的连接。服务器可以将这个新的文件描述符传递给新的线程或进程进行处理，而监听套接字继续监听新的连接。例如，使用多线程模型时，主线程负责监听并接受连接，每当有新连接到来，主线程将新的文件描述符传递给工作线程，工作线程复用该文件描述符与客户端进行数据交互。
2. 原因：通过复用文件描述符，服务器能够以一种简洁的方式处理多个并发连接。每个连接都通过独立的文件描述符进行管理，便于数据的读写操作。同时，基于文件描述符的复用，服务器可以采用成熟的I/O多路复用机制（如select、poll、epoll），提高对多个连接的管理效率，实现高效的并发处理。