前言
前面谈完 select 多路复用，这篇文章我们来聊聊 poll 多路复用
一、poll 多路复用是什么？
select() 和 poll() 系统调用的本质一样，前者在 BSD UNIX 中引入的，后者在 System V 中引入的。poll() 的机制与 select() 类似，与 select() 在本质上没有多大差别，管理多个描述符也是进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但是 poll() 没有最大文件描述符数量的限制（但是数量过大后性能也是会下降）。poll() 和 select() 同样存在一个缺点就是，包含大量文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而不论这些文件描述符是否就绪，它的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大。
poll() 函数
#include <poll.h>
struct pollfd
{
int fd; /* 文件描述符 */
short events; /* 等待的事件 */
short revents; /* 实际发生了的事件 */
} ;
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
poll() 函数的作用就是
遍历struct pollfd类型的数组
，将
实际发生事件的位掩码
存放到
相应 fd 所属结构体中的 revents 成员变量
中，并
返回结构体中 revents 域不为0的文件描述符个数
，
参数1（struct pollfd *fds）：
用来
指向
一个
struct pollfd类型的数组
，
每一个 pollfd 结构体指定了一个被监视的文件描述符
，指示 poll() 监视多个文件描述符。
- 每个结构体的
events 域是监视该文件描述符的事件掩码
，由
用户
来设置这个域。
revents域
是文件描述符的
操作结果事件掩码
，
内核
在调用
返回
时设置这个域，events域中请求的任何事件都可能在revents域中返回。
参数2（nfds_t nfds）：
指定数组中监听的
元素个数
【这个和 select() 函数中的参数 1 性质差不多，方便遍历数组的】
参数3（int timeout）：
timeout 指定等待的毫秒数，
无论 I/O 是否准备好，poll 都会返回
。
- timeout 指定为
负数值
表示
无限超时
，使 poll() 一直挂起直到一个指定事件发生；- timeout
为 0
指示 poll 调用
立即返回
并列出准备好 I/O 的文件描述符，但并
不等待其它的事件
。 这种情况下，poll() 就像它的名字那样，一旦选举出来，立即返回。
该函数成功调用时，poll()返回结构体中 revents 域不为0的文件描述符
个数
；如果在超时前没有任何事件发生，poll()返回0；失败时，poll()返回-1，并设置errno为下列值之一：
- EBADF：一个或多个结构体中指定的文件描述符无效。
- EFAULTfds：指针指向的地址超出进程的地址空间。
- EINTR：请求的事件之前产生一个信号，调用可以重新发起。
- EINVALnfds：参数超出PLIMIT_NOFILE值。
- ENOMEM：可用内存不足，无法完成请求。
下表列出指定 events 标志以及测试 revents 标志的一些常值：
POLLIN | POLLPRI
等价于select()的
读事件
，
POLLOUT |POLLWRBAND
等价于select()的
写事件
。
POLLIN
等价于
POLLRDNORM | POLLRDBAND
，而
POLLOUT
则等价于
POLLWRNORM
。
例如，要
同时监视
一个文件描述符是否
可读和可写
，我们可以设置 events 为
POLLIN |POLLOUT
。在 poll 返回时，我们可以检查 revents 中的标志，对应于文件描述符请求的 events 结构体。如果POLLIN事件被设置，则文件描述符可以被读取而不阻塞。如果POLLOUT被设置，则文件描述符可以写入而不导致阻塞。这些
标志并不是互斥的
：它们可能被
同时设置
，表示这个文件描述符的读取和写入操作都会正常返回而不阻塞。
二、具体代码
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <poll.h>
/* 定义socket可排队个数 */
#define BACKLOG 10
/* 此宏用来计算数组的元素个数 */
#define ARRAY_SIZE(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))
int socket_server_init(char *listen_ip, int listen_port);
int main(int argc, char **argv)
{
int listen_fd = -1;
int client_fd = -1;
int rv = -1;
int listen_port = 0;
int max = 0;
struct pollfd fds_array[1024];
int i, j;
int found;
char buf[1024];
/* 用来确认程序执行的格式是否正确，不正确则退出并提醒用户 */
if (argc < 2)
{
printf("Program usage: %s [Port]\n", argv[0]);
return -1;
}
//将端口参数赋给参数变量
//由于命令行传参进来是字符串类型，所以需要atoi转换为整型
listen_port = atoi(argv[1]);
/* 创建listen_fd，这里封装了一个函数 */
if ((listen_fd = socket_server_init(NULL, listen_port)) < 0)
{
printf("server listen on port[%d] failure: %s\n", listen_port, strerror(errno));
return -2;
}
/* 将数组中每个元素都设置为-1，相当于清空fd */
for (i=0; i<ARRAY_SIZE(fds_array); i++)
{
fds_array[i].fd = -1;
}
/* 将listen_fd和期待POLLIN存入结构体数组第0个元素中 */
fds_array[0].fd = listen_fd;
fds_array[0].events = POLLIN;
/* 当前结构体中，最大的下标是0 */
max = 0;
while (1)
{
/*
* poll遍历结构体数组，个数为max+1，永不超时
* 返回结构体中 revents 域不为0的文件描述符个数；
* 返回0：说明在超时前没有任何事件发生；
* 返回-1：说明失败
*/
if ((rv = poll(fds_array, max+1, -1)) < 0)
{
printf("poll failure: %s\n", strerror(errno));
break;
}
else if (rv == 0)
{
printf("poll timeout\n");
continue;
}
/* 有消息来了 */
/* 判断是不是listen_fd的消息 */
if (fds_array[0].revents & POLLIN)
{
/*
* accept()
* 接受来自客户端的连接请求
* 返回一个client_fd与客户通信
*/
if ((client_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)NULL, NULL)) < 0)
{
printf("accept new client failure: %s\n", strerror(errno));
continue;
}
/*
* 在把client_fd放到数组中的空位中
* （元素的值为-1的地方）
*/
found = 0;
for (i=0; i<ARRAY_SIZE(fds_array); i++)
{
if (fds_array[i].fd < 0)
{
printf("accept new client[%d] and add it to array\n", client_fd);
fds_array[i].fd = client_fd;
fds_array[i].events = POLLIN;
found = 1;
/* 更新结构体数组中的当前最大下标 */
max = i>max ? i : max;
break;
}
}
/*
* 如果没找到空位，表示数组满了
* 不接收这个新客户端，关掉client_fd
*/
if (!found)
{
printf("accept new client[%d] but full, so refuse\n", client_fd);
close(client_fd);
}
}
else /* 来自已连接客户端的消息 */
{
for (i=0; i<ARRAY_SIZE(fds_array); i++)
{
/* 判断fd是否有效，并且查看当前fd实际发生的事件是不是POLLIN */
if (fds_array[i].fd<0 || !(fds_array[i].revents & POLLIN))
continue;
/* 清空buf，以便存放读取的数据 */
memset(buf, 0, sizeof(buf));
if ((rv = read(fds_array[i].fd, buf, sizeof(buf))) <= 0)
{
printf("client[%d] read failure or get disconnect\n", fds_array[i].fd);
close(fds_array[i].fd);
fds_array[i].fd = -1;
if (i == max)
max--;
continue;
}
printf("read %d Bytes data from client[%d]: %s\n", rv, fds_array[i].fd, buf);
/* 将小写字母转为大写 */
for (j=0; j<rv; j++)
{
if (buf[j] >= 'a' && buf[j] <= 'z')
buf[j] = toupper(buf[j]);
}
/* 将数据发送到客户端 */
if ((rv = write(fds_array[i].fd, buf, rv)) < 0)
{
printf("write data to client[%d] failure: %s\n", client_fd, strerror(errno));
close(fds_array[i].fd);
fds_array[i].fd = -1;
if (i == max)
max--;
continue;
}
printf("write %d Bytes data to client[%d]: %s\n\n", rv, fds_array[i].fd, buf);
} /* end of for() */
} /* cliet_fd message */
} /* while(1) */
close(listen_fd);
return 0;
} /* end of main() function */
/*
* Socket Server Init Function
* 创建 listen_fd，bind绑定ip和端口，并监听
*/
int socket_server_init(char *listen_ip, int listen_port)
{
int rv = 0;
int listen_fd = -1;
struct sockaddr_in servaddr;
int on = 1;
/*
* socket()，创建一个新的sockfd
* 指定协议族为IPv4
* socket类型为SOCK_STREAM（TCP）
*/
if ((listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
printf("create listen_fd failure: %s\n", strerror(errno));
return -1;
}
printf("create listen_fd[%d] success\n", listen_fd);
//设置套接字端口可重用，修复了当Socket服务器重启时“地址已在使用(Address already in use)”的错误
setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
/*
* bind()，将服务器的协议地址绑定到listen_fd
*/
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(listen_port);
if (!listen_ip) //如果ip为空，则监听本机所有ip
{
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
}
else
{
/* 将点分十进制的ip地址转为32位整型传入结构体 */
if (inet_pton(AF_INET, listen_ip, &servaddr.sin_addr) <= 0)
{
printf("inet_pton set listen_ip address failure: %s\n", strerror(errno));
rv = -2;
goto cleanup;
}
}
if (bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
{
printf("bind listen_fd[%d] failure: %s\n", listen_fd, strerror(errno));
rv = -3;
goto cleanup;
}
/*
* listen()
* 监听listen_fd的端口，并设置最大排队连接个数
*/
if (listen(listen_fd, BACKLOG) < 0)
{
printf("listen listen_fd on listen_port[%d] failure: %s\n", listen_port, strerror(errno));
rv = -4;
goto cleanup;
}
cleanup:
if (rv < 0)
close(listen_fd);
else
rv = listen_fd;
return rv;
}
三、运行效果
总结
以上是对Linux poll多路复用的一些理解，如有写的不好的地方，还请各位大佬不吝赐教。