面试题：C语言中Linux C语言prefork模型资源分配与高可用架构

理论角度

进程数量与负载均衡：
- 确定合适的子进程数量至关重要。太少的子进程可能无法充分利用系统资源，无法应对高并发请求；而过多的子进程会消耗过多的系统资源（如内存、文件描述符等），导致系统性能下降。通常可以根据服务器的硬件资源（如CPU核心数、内存大小等）来估算。例如，对于CPU密集型任务，可以设置子进程数量与CPU核心数相近；对于I/O密集型任务，可以适当增加子进程数量。
- 负载均衡方面，需要有一个机制来均匀分配客户端请求到各个子进程。常见的策略有轮询（Round - Robin），依次将请求分配给每个子进程；加权轮询，根据子进程的处理能力分配不同权重，处理能力强的子进程分配更多请求；随机分配等。
资源分配与单点故障：
- 文件描述符：所有子进程可能需要共享一些文件描述符，如监听套接字。在父进程创建监听套接字后，通过适当的方式（如在fork前设置为非阻塞，并在fork后将其传递给子进程）确保子进程可以使用该套接字。同时，要注意文件描述符的限制，避免过多子进程打开过多文件描述符导致系统资源耗尽。为应对单点故障，若某个子进程因文件描述符相关问题崩溃，父进程应能检测到并采取措施，如重启该子进程。
- 内存资源：合理分配内存，避免内存泄漏。每个子进程可能需要一定的内存来处理请求数据。对于共享内存，要确保子进程对其访问的同步，防止数据竞争。在实际应用中，可以使用内存池技术来提高内存分配和释放的效率。若某个子进程因内存问题崩溃，父进程同样需要能够检测并重启该子进程，以保证服务的高可用性。
- CPU资源：合理调度CPU资源，避免某个子进程长时间占用CPU导致其他子进程无法及时处理请求。现代Linux系统的内核调度器已经能较好地处理进程间的CPU分配，但在代码层面也可以通过设置进程优先级等方式进行优化。例如，对于一些紧急处理的任务子进程，可以适当提高其优先级。

实际代码实现角度

进程创建与管理：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <signal.h>

#define MAX_PROCESSES 10

void handle_child_exit(int signum) {
    // 处理子进程退出信号，父进程可以在这里重启崩溃的子进程
    pid_t pid;
    while ((pid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0) {
        // 重启子进程逻辑
        pid_t new_pid = fork();
        if (new_pid == 0) {
            // 子进程逻辑
            // 这里可以放入实际处理请求的代码
            exit(0);
        }
    }
}

int main() {
    int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listenfd < 0) {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_in servaddr;
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port = htons(8080);

    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {
        perror("bind");
        close(listenfd);
        exit(1);
    }

    if (listen(listenfd, 10) < 0) {
        perror("listen");
        close(listenfd);
        exit(1);
    }

    signal(SIGCHLD, handle_child_exit);

    for (int i = 0; i < MAX_PROCESSES; i++) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
            perror("fork");
            // 处理fork失败，如减少进程数量重新尝试
        } else if (pid == 0) {
            close(listenfd);
            // 子进程逻辑，处理客户端请求
            while (1) {
                // 这里可以实现负载均衡逻辑，例如简单轮询获取新连接
                int connfd = accept(/* 父进程传递过来的监听套接字 */, NULL, NULL);
                if (connfd < 0) {
                    perror("accept");
                    continue;
                }
                // 处理客户端请求代码
                close(connfd);
            }
            exit(0);
        }
    }

    // 父进程继续运行，处理其他管理任务
    while (1) {
        sleep(1);
    }

    close(listenfd);
    return 0;
}

负载均衡实现：
- 在子进程中，可以通过简单的全局变量计数实现轮询负载均衡。例如，定义一个全局变量counter，每个子进程在处理完一个请求后，counter加1，然后根据counter对总子进程数取模来获取下一个要处理请求的子进程索引。
- 更复杂的加权轮询可以通过为每个子进程设置权重，然后根据权重来分配请求。例如，创建一个数组存储每个子进程的权重，每次分配请求时，根据权重累计值来决定分配给哪个子进程。
资源管理：
- 文件描述符管理：如上述代码中，父进程创建监听套接字后，子进程通过继承获取该套接字。但要注意在子进程中关闭不需要的文件描述符（如父进程中其他非共享的文件描述符），避免资源浪费。同时，可以使用fcntl函数设置文件描述符为非阻塞模式，以提高I/O效率。
- 内存管理：在处理请求数据时，使用动态内存分配函数（如malloc、calloc等）要注意及时释放内存，避免内存泄漏。如在处理完客户端请求后，释放用于存储请求数据的内存。对于共享内存，可以使用shmat、shmdt等函数进行操作，并使用信号量（如semget、semop等）来保证访问的同步。

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面试题：C语言中Linux C语言prefork模型资源分配与高可用架构

知识考点

面试题答案

理论角度

实际代码实现角度