I/O多路复用之poll-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了I/O多路复用之poll。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

poll() 函数是一个系统调用，用于在一个文件描述符数组中等待多个文件描述符上的 I/O 事件，并返回就绪的文件描述符的数量。它与 select() 函数类似，但提供了更好的性能。
poll() 函数原型如下：

#include <poll.h>

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

其中，各个参数的含义如下：

fds：一个指向 pollfd 结构体数组的指针，用于传递需要监听的文件描述符和对应的 I/O 操作类型（读、写和异常）；
nfds：需要监听的文件描述符数目；
timeout：等待事件的超时时间，单位是毫秒。如果超过这个时间仍然没有任何事件发生，则 poll() 函数将返回 0，表示超时。

pollfd 结构体类型用于描述一个文件描述符和需要监听的事件类型。其原型定义如下：

struct pollfd {
    int   fd;         /* 文件描述符 */
    short events;     /* 需要监听的事件类型 */
    short revents;    /* 实际发生的事件类型 */
};

其中，fd 是需要监听的文件描述符；events 是需要监听的事件类型，包括 POLLIN（可读）、POLLOUT（可写）和 POLLERR（错误）等；revents 是实际发生的事件类型，对于需要监听的事件类型，如果事件发生了，对应的位将被设置为 1。
使用 poll() 函数的步骤如下：

构建 pollfd 结构体数组，初始化需要监听的文件描述符和对应的事件类型；
调用 poll() 函数进行监听；
根据 poll() 返回的结果和实际发生的事件类型，进行相应的处理。

以下是一个简单的示例程序，演示了如何使用 poll() 函数等待多个文件描述符上的事件：

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/poll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    // 创建两个 TCP 套接字
    int socket1 = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    int socket2 = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    // 监听地址和端口
    struct sockaddr_in addr1 = {0};
    addr1.sin_family = AF_INET;
    addr1.sin_port = htons(8888);
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &addr1.sin_addr);
    bind(socket1, (struct sockaddr*)&addr1, sizeof(addr1));

    struct sockaddr_in addr2 = {0};
    addr2.sin_family = AF_INET;
    addr2.sin_port = htons(8889);
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &addr2.sin_addr);
    bind(socket2, (struct sockaddr*)&addr2, sizeof(addr2));

    // 设置套接字为监听状态，等待连接
    listen(socket1, 10);
    listen(socket2, 10);

    // 构建 pollfd 结构体数组
    struct pollfd fds[2];
    fds[0].fd = socket1;
    fds[0].events = POLLIN;
    fds[1].fd = socket2;
    fds[1].events = POLLIN;

    // 等待事件的发生
    int res = poll(fds, 2, -1);

    if (res == -1) {
        std::cerr << "poll error: " << std::strerror(errno) << std::endl;
        return 1;
    }

    if (res == 0) {
        std::cout << "poll timed out." << std::endl;
        return 0;
    }

    // 检查哪些文件描述符上发生了事件
    if (fds[0].revents & POLLIN) {
        std::cout << "socket 1 is readable." << std::endl;
        // TODO: 处理文件描述符 1 上的 I/O 事件
    }

    if (fds[1].revents & POLLIN) {
        std::cout << "socket 2 is readable." << std::endl;
        // TODO: 处理文件描述符 2 上的 I/O 事件
    }

    return 0;
}

在上面的示例中，我们创建了两个 TCP 套接字，并将它们添加到一个 pollfd 数组中进行监听。我们在代码中使用 poll() 函数来阻塞等待多个文件描述符上的 I/O 事件的发生，直到有文件描述符上发生了事件，poll() 函数才会返回。在检查 revents 指示的实际发生的事件类型，根据处理需要，可以在对应的条件分支中添加事件处理的代码。
需要注意的是，相比于 select() 函数，poll() 函数可以动态地添加和删除事件，因此可以用于动态管理和扩展任务列表。因此，如果我们需要处理动态管理的套接字，应该使用 poll() 函数。
总结来说，poll() 函数是实现高效网络编程中 I/O 多路复用的一种方法，它提供了更好的性能和更灵活的动态事件管理方式。但是与 epoll() 相比，它在处理大量文件描述符时性能较低，因此在高并发的情况下，应该优先选择使用 epoll()。

服务端和客户端示例代码

server

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/fcntl.h>

// ulimit -n
#define MAXNFDS  1024

// 初始化服务端的监听端口。
int initserver(int port);

int main(int argc,char *argv[])
{
  if (argc != 2)
  {
    printf("usage: ./tcppoll port\n"); return -1;
  }

  // 初始化服务端用于监听的socket。
  int listensock = initserver(atoi(argv[1]));
  printf("listensock=%d\n",listensock);

  if (listensock < 0)
  {
    printf("initserver() failed.\n"); return -1;
  }

  int maxfd;   // fds数组中需要监视的socket的大小。
  struct pollfd fds[MAXNFDS];  // fds存放需要监视的socket。

  for (int ii=0;ii<MAXNFDS;ii++) fds[ii].fd=-1; // 初始化数组，把全部的fd设置为-1。

  // 把listensock添加到数组中。
  fds[listensock].fd=listensock;
  fds[listensock].events=POLLIN;  // 有数据可读事件，包括新客户端的连接、客户端socket有数据可读和客户端socket断开三种情况。
  maxfd=listensock;

  while (1)
  {
    int infds = poll(fds,maxfd+1,5000);
    // printf("poll infds=%d\n",infds);

    // 返回失败。
    if (infds < 0)
    {
      printf("poll() failed.\n"); perror("poll():"); break;
    }

    // 超时。
    if (infds == 0)
    {
      printf("poll() timeout.\n"); continue;
    }

    // 检查有事情发生的socket，包括监听和客户端连接的socket。
    // 这里是客户端的socket事件，每次都要遍历整个集合，因为可能有多个socket有事件。
    for (int eventfd=0; eventfd <= maxfd; eventfd++)
    {
      if (fds[eventfd].fd<0) continue;

      if ((fds[eventfd].revents&POLLIN)==0) continue;

      fds[eventfd].revents=0;  // 先把revents清空。

      if (eventfd==listensock)
      {
        // 如果发生事件的是listensock，表示有新的客户端连上来。
        struct sockaddr_in client;
        socklen_t len = sizeof(client);
        int clientsock = accept(listensock,(struct sockaddr*)&client,&len);
        if (clientsock < 0)
        {
          printf("accept() failed.\n"); continue;
        }

        printf ("client(socket=%d) connected ok.\n",clientsock);

        if (clientsock>MAXNFDS)
        {    
          printf("clientsock(%d)>MAXNFDS(%d)\n",clientsock,MAXNFDS); close(clientsock); continue;
        }

        fds[clientsock].fd=clientsock;
        fds[clientsock].events=POLLIN; 
        fds[clientsock].revents=0; 
        if (maxfd < clientsock) maxfd = clientsock;

        printf("maxfd=%d\n",maxfd);
        continue;
      }
      else 
      {
        // 客户端有数据过来或客户端的socket连接被断开。
        char buffer[1024];
        memset(buffer,0,sizeof(buffer));

        // 读取客户端的数据。
        ssize_t isize=read(eventfd,buffer,sizeof(buffer));

        // 发生了错误或socket被对方关闭。
        if (isize <=0)
        {
          printf("client(eventfd=%d) disconnected.\n",eventfd);

          close(eventfd);  // 关闭客户端的socket。

          fds[eventfd].fd=-1;

          // 重新计算maxfd的值，注意，只有当eventfd==maxfd时才需要计算。
          if (eventfd == maxfd)
          {
            for (int ii=maxfd;ii>0;ii--)
            {
              if ( fds[ii].fd != -1)
              {
                maxfd = ii; break;
              }
            }

            printf("maxfd=%d\n",maxfd);
          }

          continue;
        }

        printf("recv(eventfd=%d,size=%d):%s\n",eventfd,isize,buffer);

        // 把收到的报文发回给客户端。
        write(eventfd,buffer,strlen(buffer));
      }
    }
  }

  return 0;
}

// 初始化服务端的监听端口。
int initserver(int port)
{
  int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  if (sock < 0)
  {
    printf("socket() failed.\n"); return -1;
  }

  // Linux如下
  int opt = 1; unsigned int len = sizeof(opt);
  setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,len);
  setsockopt(sock,SOL_SOCKET,SO_KEEPALIVE,&opt,len);

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

  if (bind(sock,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0 )
  {
    printf("bind() failed.\n"); close(sock); return -1;
  }

  if (listen(sock,5) != 0 )
  {
    printf("listen() failed.\n"); close(sock); return -1;
  }

  return sock;
}

client

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

int main(int argc, char *argv[])
{
  if (argc != 3)
  {
    printf("usage:./tcpclient ip port\n"); return -1;
  }

  int sockfd;
  struct sockaddr_in servaddr;
  char buf[1024];
 
  if ((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0) { printf("socket() failed.\n"); return -1; }
	
  memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family=AF_INET;
  servaddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
  servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);

  if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0)
  {
    printf("connect(%s:%s) failed.\n",argv[1],argv[2]); close(sockfd);  return -1;
  }

  printf("connect ok.\n");

  for (int ii=0;ii<10000;ii++)
  {
    // 从命令行输入内容。
    memset(buf,0,sizeof(buf));
    printf("please input:"); scanf("%s",buf);
    // sprintf(buf,"1111111111111111111111ii=%08d",ii);

    if (write(sockfd,buf,strlen(buf)) <=0)
    { 
      printf("write() failed.\n");  close(sockfd);  return -1;
    }
		
    memset(buf,0,sizeof(buf));
    if (read(sockfd,buf,sizeof(buf)) <=0) 
    { 
      printf("read() failed.\n");  close(sockfd);  return -1;
    }

    printf("recv:%s\n",buf);

    // close(sockfd); break;
  }
}