面试题：C语言中Linux命名管道文件操作的性能优化与复杂场景应用

设计思路

命名管道读写性能优化：
- 使用非阻塞I/O模式，避免读写操作的阻塞，从而可以在同一时间内处理多个管道的读写。可以使用fcntl函数设置管道文件描述符为非阻塞模式。
- 采用较大的缓冲区，减少系统调用次数。每次读写尽量传输较大的数据块，提高数据传输效率。
动态管理多个命名管道：
- 使用链表来管理命名管道的相关信息，每个节点存储管道的路径、文件描述符等信息。
- 提供创建、删除管道的函数，当有新的进程需要通信时，可以动态创建新的命名管道，并将其信息加入链表；当进程结束不再需要通信时，删除对应的管道并从链表中移除相关信息。
进程异常终止感知与恢复：
- 使用信号机制，当某个进程异常终止时，操作系统会发送相应的信号（如SIGCHLD）给其父进程或相关进程组。
- 在接收信号的处理函数中，遍历命名管道链表，检查哪些管道对应的进程可能出现异常，并进行相应的恢复操作，如关闭异常进程对应的管道，重新创建管道并尝试重新连接其他进程。

关键代码片段

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

#define BUFFER_SIZE 1024

// 命名管道链表节点结构
typedef struct PipeNode {
    char path[256];
    int fd;
    struct PipeNode *next;
} PipeNode;

// 链表头指针
PipeNode *pipeList = NULL;

// 创建命名管道并加入链表
void createPipe(const char *path) {
    if (mkfifo(path, 0666) == -1 && errno != EEXIST) {
        perror("mkfifo");
        return;
    }
    PipeNode *newNode = (PipeNode *)malloc(sizeof(PipeNode));
    if (newNode == NULL) {
        perror("malloc");
        return;
    }
    strcpy(newNode->path, path);
    newNode->fd = -1;
    newNode->next = pipeList;
    pipeList = newNode;
}

// 删除命名管道并从链表移除
void deletePipe(const char *path) {
    PipeNode *prev = NULL;
    PipeNode *curr = pipeList;
    while (curr != NULL && strcmp(curr->path, path) != 0) {
        prev = curr;
        curr = curr->next;
    }
    if (curr == NULL) {
        return;
    }
    if (curr->fd != -1) {
        close(curr->fd);
    }
    unlink(curr->path);
    if (prev == NULL) {
        pipeList = curr->next;
    } else {
        prev->next = curr->next;
    }
    free(curr);
}

// 信号处理函数
void sigchldHandler(int signum) {
    // 这里可以遍历pipeList，检查异常终止进程对应的管道并处理
    // 例如关闭相关管道，重新创建等操作
    printf("Caught SIGCHLD, handling process termination...\n");
}

int main() {
    // 设置信号处理函数
    struct sigaction sa;
    memset(&sa, 0, sizeof(sa));
    sa.sa_handler = sigchldHandler;
    sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL);

    // 创建命名管道示例
    createPipe("/tmp/pipe1");
    createPipe("/tmp/pipe2");

    // 以非阻塞模式打开管道示例
    PipeNode *curr = pipeList;
    while (curr != NULL) {
        curr->fd = open(curr->path, O_RDWR | O_NONBLOCK);
        if (curr->fd == -1) {
            perror("open");
        }
        curr = curr->next;
    }

    // 读写操作示例
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    curr = pipeList;
    while (curr != NULL) {
        ssize_t bytesRead = read(curr->fd, buffer, BUFFER_SIZE);
        if (bytesRead > 0) {
            buffer[bytesRead] = '\0';
            printf("Read from %s: %s\n", curr->path, buffer);
        }
        ssize_t bytesWritten = write(curr->fd, "Hello, Pipe!", strlen("Hello, Pipe!"));
        if (bytesWritten == -1) {
            perror("write");
        }
        curr = curr->next;
    }

    // 删除命名管道示例
    deletePipe("/tmp/pipe1");
    deletePipe("/tmp/pipe2");

    return 0;
}

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