poll函数

本文详细介绍了一种基于poll函数的高效并发服务器实现方法。通过监听文件描述符数组,服务器可以同时处理多个客户端连接,当有事件就绪时,poll会通知服务器进行处理。文章深入解析了poll的工作原理,展示了如何在服务器代码中使用poll来优化性能。
 #include <poll.h>
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

参数:

  • fds:监听的文件描述符【数组】
struct pllfd {
    int fd;         待监听的文件描述符
    short events;   待监听的文件描述符对应的监听事件
    short revents;  传入时,给0; 如果满足对应事件的话,返回非0
}
  • nfds:监听数组的,实际有效监听个数
  • 超时时长。单位:毫秒
//server.c
#include <unistd.h>

#define SERV_PROT 8000
#define MAXLINE 80
#define OPEN_MAX 1024

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i, J, maxi, listenfd, connfd, sockfd;
    int nread;
    ssize_t n;

    char buf[MAXLINE], str[INET_ADDRSTRLEN];  //INE_ADDRSTRLEN 16
    socklen_t clilen;
    struct pollfd client[OPEN_MAX];
    struct sockaddr_in cliaddr, seraddr;
    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    int opt = 1;
    setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

    bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PROT);

    Bind(listen, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    Listen(listenfd, 128);

    client[0].fd = listenfd;  //要监听的第一个文件描述符存入client[0]
    client[0].events = POLLIN; //listen监听普通读事件

    for (i = 1; i < OPEN_NAX; ++i)
        client[i].fd = -1;  //用-1初始化client[]里剩下, 0也是文件描述符,不能用

    mxi = 0;   //client[]数组有效元素中最大元素的下标

    for ( ; ; )
    {
        nread = poll(client, maxi + 1, -1);  //阻塞监听是否有客户端连接请求
        if (client[0].revents & POLLIN) //listen有读事件就绪
        {
            clilen = sizeof(cliaddr);
            connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen); //接受客户端请求Accept不会阻塞
            printf("receive from %s at PORT %d\n",
                inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                ntohs(cliaddr.sin_port));

            for (i = 1; i < OPEN_MAX; i++)
                if (client[i].fd < 0)
                {
                    client[i].fd = connfd; //找到client[]中空闲的位置,存放accept返回的connfd
                    break;
                }

            if (i == OPEN_MAX) //达到最大客户端
                perr_exit("too many client");


            client[i].events = POLLIN; //设置刚返回的connfd监控读事件
            if (i > maxi)
                maxi = i;  //更新client[]中最大元素下标
            if (--nread <= 0)
                continue;   //没有更多就绪事件时, 继续回到poll阻塞
        }
        for (i = 1; i < maxi; i++)
        {
            if ((sockfd = client[i].fd) < 0)
                continue;

            if (client[i].revents & POLLIN)
            {
                if (n = Read(sockfd, buf, MAXLINE)) < 0)
                {
                    if (errno == ECONNRESET) //收到RST标志
                    {
                        printf("client[%d] aborted connection\n", i);
                        Close(sockfd);
                        client[i].fd = -1;   //poll中不监控该文件描述符,直接置为-1即可,不用像select中那样移除
                    }
                    else
                        perr_exit("read error");
                }
                else if (n == 0)  //说明客户端先关闭链接
                {
                    printf("client[%d] closed connection\n", i);
                    Close(sockfd);
                    clent[i].fd = -1;
                }
                else
                {
                    for (j = 0; j < n; ++j)
                        buf[j] = toupper(buf[j]);
                    Write(sockfd, buf, n);
                    if (--nread <= 0)
                        break;
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

 

### poll 函数的使用说明与实现细节 #### 1. `poll` 的基本概念 `poll` 是一种用于多路复用 I/O 操作的机制,类似于 `select`,但它通过数组来管理文件描述符集合,因此在处理大量文件描述符时性能更优。它的主要功能是监控一组文件描述符的状态变化,并通知应用程序何时可以执行非阻塞式的读取或写入操作。 #### 2. 函数原型 以下是 `poll` 的标准 POSIX 定义[^4]: ```c #include <poll.h> int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout); ``` - **参数解释** - `fds[]`: 这是一个指向 `struct pollfd` 类型数组的指针,其中每个元素表示一个要被监控的文件描述符及其感兴趣的事件。 ```c struct pollfd { int fd; // 被监控的文件描述符 short events; // 应用程序希望监听的事件掩码 short revents; // 返回的实际发生的事件掩码 }; ``` - `nfds`: 表示上述数组中有效项的数量。 - `timeout`: 设置超时时间(单位为毫秒)。如果设置为 `-1`,则无限期等待;如果是 `0`,则立即返回而不阻塞。 - **返回值** - 成功时返回已准备好的文件描述符数量。 - 如果超时,则返回 `0`。 - 发生错误时返回 `-1` 并设置相应的 `errno` 值。 #### 3. 实现细节 `poll` 的核心在于其内部维护了一个等待队列,该队列为每一个注册到 `poll` 中的文件描述符分配了一组回调函数。这些回调会在特定条件下触发并唤醒正在休眠的进程。例如,在设备驱动开发中可以看到类似的结构定义[^2]: ```c struct joydev { ... wait_queue_head_t wait; /* 设备的 poll/select 等待队列头 */ ... }; ``` 这里展示了如何利用内核中的等待队列支持异步事件的通知机制。 另外需要注意的是,虽然用户空间 API 提供了统一接口给开发者调用,但在底层实现上可能依赖于不同的操作系统特性以及硬件抽象层的支持。对于 TCP/IP 协议栈而言,发送消息的操作也可能涉及复杂的缓冲区管理和状态机转换逻辑[^3]。 #### 4. 示例代码 下面给出一段简单的 C 语言例子展示如何使用 `poll` 来同时监测两个套接字连接上的活动情况: ```c #define MAX_EVENTS 2 int main(void) { struct pollfd fds[MAX_EVENTS]; int ret; fds[0].fd = socket_fd_1; fds[0].events = POLLIN | POLLPRI; // 关心普通数据到达或者紧急数据到来的情况 fds[1].fd = socket_fd_2; fds[1].events = POLLOUT; // 只关心能否写出数据 ret = poll(fds, MAX_EVENTS, TIMEOUT_MS); if (ret == -1) { perror("Poll failed"); return EXIT_FAILURE; } printf("%d file descriptors ready.\n", ret); if ((fds[0].revents & POLLERR)) handle_error_condition(); if ((fds[0].revents & POLLHUP)) handle_hangup_condition(); return EXIT_SUCCESS; } ``` 此片段演示了怎样配置不同类型的事件兴趣并通过轮询方式获取结果反馈。 ---
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