面试题：C语言多进程环境下退出策略优化

进程退出策略设计

信号处理：
- 主进程和子进程都应该注册信号处理函数，用于捕获常见的退出信号，如 SIGTERM（用于正常终止进程，通常由 kill 命令发送）、SIGINT（由用户通过 Ctrl+C 发送）、SIGSEGV（段错误信号，用于处理进程异常崩溃）等。
- 信号处理函数的主要职责是清理该进程使用的资源，然后通知其他进程该进程即将退出。
进程间通信机制的清理：
- 管道：
  - 进程在退出前，需要关闭其使用的管道文件描述符。如果是写端，要确保数据已经全部写入并且关闭写端，防止读端一直阻塞。如果是读端，也要关闭读端，避免管道资源泄露。
- 共享内存：
  - 使用共享内存的进程在退出前，需要调用 shmdt 函数分离共享内存段，然后主进程或负责管理共享内存的进程在合适的时候调用 shmctl 函数删除共享内存段，以避免内存泄露。
子进程退出通知主进程：
- 子进程可以通过向主进程发送信号（例如自定义信号），或者通过管道等通信机制告知主进程自己即将退出。主进程接收到通知后，可以进行相应的处理，如重新分配任务给其他子进程，或者决定是否关闭整个系统。
主进程的处理：
- 主进程在接收到子进程的退出通知或者捕获到异常信号时，应该有序地清理整个系统的资源，包括关闭所有子进程（如果有必要），释放共享资源等。同时，主进程也可以记录日志，以便调试和分析问题。

代码实现示例

以下是一个简单的代码示例，展示如何在Linux C语言中实现上述策略的部分内容，重点展示信号处理和共享内存清理：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <signal.h>

#define SHM_SIZE 1024

// 共享内存结构体
typedef struct {
    int data;
} SharedData;

// 信号处理函数
void sig_handler(int signum) {
    switch (signum) {
        case SIGTERM:
        case SIGINT:
            printf("Received termination signal, cleaning up...\n");
            // 这里添加资源清理代码，如关闭文件描述符、分离共享内存等
            break;
        case SIGSEGV:
            printf("Segmentation fault, cleaning up...\n");
            // 同样添加异常情况下的资源清理代码
            break;
        default:
            break;
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

int main() {
    key_t key = ftok(".", 'a');
    if (key == -1) {
        perror("ftok");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
    if (shmid == -1) {
        perror("shmget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    SharedData *shared_mem = (SharedData *)shmat(shmid, NULL, 0);
    if (shared_mem == (void *)-1) {
        perror("shmat");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 注册信号处理函数
    struct sigaction sa;
    sa.sa_handler = sig_handler;
    sigemptyset(&sa.sa_mask);
    sa.sa_flags = 0;
    if (sigaction(SIGTERM, &sa, NULL) == -1 ||
        sigaction(SIGINT, &sa, NULL) == -1 ||
        sigaction(SIGSEGV, &sa, NULL) == -1) {
        perror("sigaction");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 这里是进程的主要工作代码

    // 退出前清理共享内存
    if (shmdt(shared_mem) == -1) {
        perror("shmdt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 如果是主进程，可能需要删除共享内存段
    // if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
    //     perror("shmctl");
    //     exit(EXIT_FAILURE);
    // }

    return 0;
}

在实际的多进程应用中，还需要处理子进程退出通知主进程以及更复杂的资源管理和任务重新分配逻辑。对于管道通信，也需要在进程退出前正确关闭相关的文件描述符，示例如下：

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

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
        close(pipefd[0]); // 子进程只写，关闭读端
        // 子进程写入数据到管道
        write(pipefd[1], "Hello, parent!", 14);
        close(pipefd[1]); // 写完关闭写端
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else {
        // 主进程
        close(pipefd[1]); // 主进程只读，关闭写端
        char buffer[100];
        ssize_t nbytes = read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        if (nbytes > 0) {
            buffer[nbytes] = '\0';
            printf("Parent received: %s\n", buffer);
        }
        close(pipefd[0]); // 读完关闭读端
        wait(NULL); // 等待子进程结束
    }

    return 0;
}

在这个管道示例中，无论是子进程还是主进程，在使用完管道后都正确关闭了相应的文件描述符，以避免资源泄露。在实际复杂的多进程程序中，要根据具体的通信逻辑和需求，在进程退出时全面清理各种进程间通信资源。

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面试题：C语言多进程环境下退出策略优化

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