面试题：C语言非阻塞I/O错误处理的优化与系统调优

操作系统内核参数调整

调整文件描述符数量限制
- 在大规模高并发场景下，每个连接可能需要一个文件描述符。通过调整内核参数fs.file - max可以增加系统允许打开的最大文件描述符数量。例如，在/etc/sysctl.conf文件中添加或修改：
```
fs.file - max = 65535
```
然后执行sudo sysctl - p使配置生效。这样可以避免因文件描述符不足导致的错误，减少不必要的错误处理开销。
优化网络相关参数
- TCP连接队列长度：对于TCP连接，net.ipv4.tcp_max_syn_backlog参数控制着TCP三次握手过程中半连接队列的最大长度。在高并发场景下，如果该值过小，可能会导致大量的连接请求被丢弃，从而产生错误。可以适当增大该值，如在/etc/sysctl.conf中设置：
```
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 4096
```
并执行sudo sysctl - p。这样可以减少因连接队列溢出导致的错误处理。
- 网络缓冲区大小：net.core.rmem_max和net.core.wmem_max分别控制接收和发送缓冲区的最大大小。合理调整这些参数可以避免因缓冲区满导致的I/O错误。例如：
```
net.core.rmem_max = 16777216
net.core.wmem_max = 16777216
```
然后执行sudo sysctl - p。

用户态代码优化

减少系统调用次数

批量操作：在进行I/O操作时，尽量采用批量读写的方式。例如，使用readv和writev系统调用。假设我们有多个数据块需要写入一个文件描述符fd：

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

int main() {
    char buf1[] = "Hello, ";
    char buf2[] = "world!";
    struct iovec iov[2];
    iov[0].iov_base = buf1;
    iov[0].iov_len = sizeof(buf1) - 1;
    iov[1].iov_base = buf2;
    iov[1].iov_len = sizeof(buf2) - 1;
    int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }
    ssize_t ret = writev(fd, iov, 2);
    if (ret < 0) {
        perror("writev");
        close(fd);
        return 1;
    }
    close(fd);
    return 0;
}

这样通过一次系统调用写入多个数据块，相比多次单独的write调用，减少了系统调用的开销，也减少了因多次系统调用可能产生的错误处理。

合理处理非阻塞I/O错误

EAGAIN和EWOULDBLOCK错误处理：在非阻塞I/O中，当操作不能立即完成时，read、write等系统调用通常会返回EAGAIN或EWOULDBLOCK错误。正确处理这些错误可以避免不必要的资源浪费和性能损失。例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY | O_NONBLOCK);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }
    char buf[1024];
    ssize_t ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (ret < 0) {
        if (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK) {
            // 这里可以选择等待一段时间后重试，或者进行其他操作
            printf("Resource temporarily unavailable, will retry later.\n");
        } else {
            perror("read");
            close(fd);
            return 1;
        }
    }
    close(fd);
    return 0;
}

通过对EAGAIN和EWOULDBLOCK错误的特殊处理，程序可以更有效地利用系统资源，避免因错误处理不当导致的性能瓶颈。

使用异步I/O（AIO）

异步I/O系统调用：在Linux中，可以使用aio_read和aio_write进行异步I/O操作。例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <aio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }
    struct aiocb aiocbp;
    memset(&aiocbp, 0, sizeof(struct aiocb));
    aiocbp.aio_fildes = fd;
    aiocbp.aio_offset = 0;
    char buf[1024];
    aiocbp.aio_buf = buf;
    aiocbp.aio_nbytes = sizeof(buf);
    if (aio_read(&aiocbp) < 0) {
        perror("aio_read");
        close(fd);
        return 1;
    }
    // 等待异步操作完成
    while (aio_error(&aiocbp) == EINPROGRESS);
    ssize_t ret = aio_return(&aiocbp);
    if (ret < 0) {
        perror("aio_return");
    }
    close(fd);
    return 0;
}

异步I/O允许程序在I/O操作进行时继续执行其他任务，减少了因同步I/O等待导致的性能开销，同时也减少了因I/O操作阻塞而可能产生的错误处理开销。

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面试题：C语言非阻塞I/O错误处理的优化与系统调优

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面试题答案

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用户态代码优化