面试题：C语言Linux TCP客户端复杂场景处理问题

数据结构设计

连接管理：

使用链表或数组来管理所有的TCP连接。链表灵活性高，便于动态添加和删除连接；数组访问效率高，适用于连接数量相对固定的场景。例如，定义一个结构体数组：

struct connection {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    // 用于标记连接状态，如连接中、传输中、已关闭等
    int status; 
    // 用于大文件传输时记录已传输字节数
    off_t transferred_bytes; 
};
struct connection connections[MAX_CONNECTIONS];

缓冲区管理：
- 为每个连接分配读、写缓冲区。对于大文件传输，可以使用较大的缓冲区以减少系统调用次数。可以采用环形缓冲区（ring buffer）来处理数据的读写，它能有效利用内存空间且支持高效的读写操作。例如：
```
struct ring_buffer {
    char *buffer;
    size_t capacity;
    size_t read_index;
    size_t write_index;
};
```
- 对于大文件传输，还可以考虑使用内存映射文件（mmap），将文件映射到内存，直接通过内存操作来传输数据，减少数据在用户空间和内核空间之间的拷贝。

算法设计

多线程/多进程模型：
- 多线程：每个连接对应一个线程，线程之间共享进程资源，通过互斥锁（pthread_mutex_t）等同步机制来保护共享资源。例如，在访问共享的连接状态或缓冲区时，需要先获取锁。
```
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(&mutex, NULL);
// 在访问共享资源前
pthread_mutex_lock(&mutex);
// 访问共享资源
pthread_mutex_unlock(&mutex);
```
- 多进程：使用fork创建子进程，每个子进程处理一个连接。进程间通信可以使用管道（pipe）或套接字（socketpair）。例如，父进程可以通过管道向子进程发送控制信息，如关闭连接的指令。

事件驱动模型：

使用epoll（在Linux系统下）实现事件驱动。epoll可以高效地管理大量的文件描述符，并且只通知有事件发生的描述符。在epoll的回调函数中处理连接的读写事件。例如：

int epollfd = epoll_create1(0);
struct epoll_event event;
event.data.fd = sockfd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLOUT | EPOLLET; // 边缘触发模式
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event);
struct epoll_event events[MAX_EVENTS];
int nfds = epoll_wait(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
for (int i = 0; i < nfds; ++i) {
    if (events[i].events & EPOLLIN) {
        // 处理读事件
    } else if (events[i].events & EPOLLOUT) {
        // 处理写事件
    }
}

避免常见网络编程陷阱

连接超时：

设置连接超时时间。在调用connect函数前，使用setsockopt设置SO_SNDTIMEO和SO_RCVTIMEO选项。例如：

struct timeval timeout;
timeout.tv_sec = 5; // 5秒超时
timeout.tv_usec = 0;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_SNDTIMEO, (const char *)&timeout, sizeof(timeout));
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (const char *)&timeout, sizeof(timeout));

数据传输完整性：

在发送和接收数据时，使用循环发送和接收，确保数据完整传输。例如，发送数据时：

ssize_t total_sent = 0;
while (total_sent < data_size) {
    ssize_t sent = send(sockfd, data + total_sent, data_size - total_sent, 0);
    if (sent == -1) {
        // 处理错误
        break;
    }
    total_sent += sent;
}

接收数据时，同样使用循环接收，直到预期的数据量接收完毕。

内存管理：
- 动态分配的内存（如缓冲区）要及时释放，避免内存泄漏。在关闭连接时，要确保所有相关的内存都已释放。例如，对于环形缓冲区：
```
free(ring_buffer.buffer);
```

错误处理：

对每个系统调用（如connect、send、recv等）的返回值进行检查，及时处理错误。例如：

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1) {
    perror("socket");
    // 处理错误，如退出程序或尝试重新创建
}

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面试题：C语言Linux TCP客户端复杂场景处理问题

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算法设计

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