Linux网络编程(多路IO复用poll)

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前言

上篇文章我们讲解了使用select进行IO复用，这篇文章我们来讲解使用poll函数来进行多路IO复用。

一、poll函数讲解

poll() 函数是在网络编程中常用的一个系统调用函数，用于监视多个文件描述符的状态，以确定是否有文件描述符准备好进行读取、写入或出现异常。

以下是 poll() 函数的基本用法：

#include 

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

fds 参数是一个指向 pollfd 结构体数组的指针，每个结构体描述了一个文件描述符及其关注的事件。

nfds 参数是 fds 数组中元素的数量。

timeout 参数是超时时间，以毫秒为单位。指定 timeout 的值可以控制 poll() 函数的阻塞行为。

pollfd 结构体的定义如下：

struct pollfd {
    int fd;       // 文件描述符
    short events; // 感兴趣的事件
    short revents; // 实际发生的事件
};

fd 是被监视的文件描述符。

events 是要监视的事件的掩码，可以是以下值之一或它们的组合：

POLLIN：有数据可读。

POLLOUT：可写入数据。

POLLERR：发生错误。

POLLHUP：连接关闭。

POLLNVAL：文件描述符非法。

revents 是 poll() 函数填充的实际发生的事件。

poll() 函数的返回值表示有几个文件描述符准备好了，即满足所关心的事件。返回 值的三种情况如下：

返回值大于 0：表示准备好的文件描述符的数量。

返回值等于 0：表示在指定的超时时间内没有文件描述符准备好。

返回值小于 0：表示执行发生错误。

使用 poll() 函数的步骤如下：

1.设置 pollfd 数组中每个文件描述符的 fd 和 events 字段。

2.调用 poll() 函数，并传递 pollfd 数组、元素数量和超时时间。

3.检查返回值，根据 revents 字段判断具体发生的事件。

二、使用poll函数完成并发服务器

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAX_CLIENT  1024//最大可连接客户端的数量

int main()
{
    int server = 0;
    struct sockaddr_in saddr = {0};
    int client = 0;
    struct sockaddr_in caddr = {0};
    socklen_t asize = 0;
    int len = 0;
    char buf[32] = {0};
    int maxfd;
    int ret = 0;
    int i = 0;

    server = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    if( server == -1 )
    {
        printf("server socket error\n");
        return -1;
    }

    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    saddr.sin_port = htons(8888);

    if( bind(server, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr)) == -1 )
    {
        printf("server bind error\n");
        return -1;
    }

    if( listen(server, 128) == -1 )
    {
        printf("server listen error\n");
        return -1;
    }

    printf("server start success\n");

	/*将fds中的fd全部置为-1*/
    struct pollfd fds[MAX_CLIENT];
    for(i = 0; i < MAX_CLIENT; i++)
    {
        fds[0].fd = -1;
    }

    /*将服务端套接字添加到fds数组中*/
    fds[0].fd = server;
    fds[0].events = POLLIN;

    while( 1 )
    {        
        ret = poll(fds, MAX_CLIENT, -1);
        if(ret < 0)
        {
            printf("poll err\n");
            return -1;
        }

        if(fds[0].revents & POLLIN)
        {
            /*有客户端连接上来了*/
            asize = sizeof(caddr);  
            client = accept(server, (struct sockaddr*)&caddr, &asize);
            printf("client is connect\n");

            /*将新连接添加到fds数组中*/
            for(i = 1; i < MAX_CLIENT; i++)
            {
                if(fds[i].fd == -1)
                {
                    fds[i].fd = client;
                    fds[i].events = POLLIN;
                    break;
                }
            }            
        }

        /*遍历现有连接进行读取和处理数据*/
        for(i = 1; i < MAX_CLIENT; i++)
        {            
            int clientfd = fds[i].fd;
            if(clientfd > 0 && (fds[i].revents & POLLIN))
            {
                printf("process data\n");
                len = read(clientfd, buf, 1024);
                if(len == 0)
                {
                    /*客户端断开连接,关闭客户端文件描述符*/
                    close(clientfd);
                    fds[i].fd = -1;
                    printf("client is disconnect\n");
                }
                else
                {
                    printf("read buf : %s\n", buf);
                    write(clientfd, buf, len);
                }
            }
        }
    }
    
    close(server);

    return 0;
}

三、poll的优点缺点

优点：

1.简单易用：相对于低级别的系统调用如 select，poll 提供了更简单的 API，更易于使用和理解。

2.没有文件描述符数量限制：poll 没有预定义的文件描述符数量限制，可以适应更大规模的并发连接。

3.支持文件描述符数组：相对于 select 的位图方式，poll 使用了文件描述符数组，可以更方便地进行管理和操作。

4.高效：poll 采用轮询的方式监视文件描述符的状态变化，只有活动的文件描述符才会返回，减少了无用的轮询过程，提高了效率。

5.支持非阻塞IO：与 select 类似，poll 也支持非阻塞IO模式，可以在等待期间继续处理其他任务。

缺点：

1.每次调用都需要遍历整个文件描述符数组：即使只有少数文件描述符活跃，poll 在每次调用时都需要遍历整个文件描述符数组，这会带来性能上的开销。

2.没有提供超时精度控制：poll 的超时参数是以毫秒为单位的，无法提供更高的精度，因此在需要更精确超时的情况下，不太适用。

3.不可移植性：poll 是一个相对较新的系统调用，不是所有的操作系统都提供该接口，因此在编写跨平台代码时，需要考虑兼容性。

4.没有对信号处理的支持：与 select 不同，poll 不提供对信号处理的支持，因此无法直接处理信号事件。

总结

本篇文章主要讲解到了poll函数的使用方法并且使用poll实现了一个并发服务器，这个大家可以结合上篇文章的select函数进行对比思考。