面试题：C语言Linux进程创建错误处理与系统资源优化

系统资源消耗原理分析

进程表项占用：
- 每次创建进程，系统会在进程表中为新进程分配一个表项。进程表的大小是有限的，频繁创建进程会不断消耗进程表的可用空间，当进程表满时，新进程创建就会失败。
内存资源：
- 进程创建时，系统需要为进程分配地址空间，包括代码段、数据段、堆和栈等。如果进程创建失败，但已分配的内存没有及时释放，会导致内存逐渐耗尽。
- 例如，子进程在执行 exec 系列函数加载新程序之前，会先复制父进程的地址空间（写时复制机制下也会有初始分配）。若进程创建失败，这些已分配的内存资源若不回收就会造成浪费。
文件描述符：
- 进程创建时会继承父进程的文件描述符。系统对文件描述符总数有限制（如通过 ulimit -n 查看和设置）。频繁创建进程，即使创建失败，若文件描述符未正确关闭，会导致文件描述符资源耗尽，使得后续无法打开新文件或建立新的网络连接等。

优化进程创建错误处理机制以避免资源耗尽

错误检查与处理：
- 在调用 fork 函数后，立即检查返回值。fork 函数返回 -1 表示创建进程失败，此时应避免继续执行可能导致资源分配的操作。
- 示例代码：

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

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        // 在此处添加资源清理代码
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程代码
        printf("I am the child process.\n");
        exit(0);
    } else {
        // 父进程代码
        printf("I am the parent process.\n");
    }
    return 0;
}

限制进程创建频率：
- 可以使用信号量或其他同步机制来限制进程创建的频率。例如，设置一个信号量，初始值为允许创建进程的最大数量，每次创建进程前获取信号量，创建成功后释放信号量。若获取信号量失败，说明当前创建进程数量已达上限，暂时不再创建。
- 示例代码（使用POSIX信号量）：

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

int main() {
    sem_t *sem = sem_open("/my_semaphore", O_CREAT, 0644, 5); // 最多允许同时创建5个进程
    if (sem == SEM_FAILED) {
        perror("sem_open");
        return 1;
    }
    if (sem_wait(sem) == -1) {
        perror("sem_wait");
        sem_close(sem);
        sem_unlink("/my_semaphore");
        return 1;
    }
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        sem_post(sem); // 释放信号量
        sem_close(sem);
        sem_unlink("/my_semaphore");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程代码
        printf("I am the child process.\n");
        sem_post(sem);
        sem_close(sem);
        exit(0);
    } else {
        // 父进程代码
        printf("I am the parent process.\n");
        sem_post(sem);
    }
    sem_close(sem);
    sem_unlink("/my_semaphore");
    return 0;
}

已分配但未使用资源的回收

内存资源回收：
- 如果在进程创建前分配了内存，如使用 malloc 等函数，在进程创建失败时，应调用相应的内存释放函数。例如，若使用 malloc 分配了内存，使用 free 释放。
- 示例代码：

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

int main() {
    int *data = (int *)malloc(sizeof(int));
    if (data == NULL) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        free(data); // 释放已分配的内存
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程代码
        printf("I am the child process.\n");
        free(data);
        exit(0);
    } else {
        // 父进程代码
        printf("I am the parent process.\n");
        free(data);
    }
    return 0;
}

文件描述符关闭：
- 在进程创建失败时，关闭已打开的文件描述符。可以通过 close 函数来实现。
- 示例代码：

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

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        close(fd); // 关闭文件描述符
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程代码
        printf("I am the child process.\n");
        close(fd);
        exit(0);
    } else {
        // 父进程代码
        printf("I am the parent process.\n");
        close(fd);
    }
    return 0;
}

通过以上对系统资源消耗原理的分析，以及优化进程创建错误处理机制和资源回收的方法，可以有效避免在高并发Linux系统中因进程创建频繁失败导致的资源耗尽问题。

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面试题：C语言Linux进程创建错误处理与系统资源优化

知识考点

面试题答案

系统资源消耗原理分析

优化进程创建错误处理机制以避免资源耗尽

已分配但未使用资源的回收