libc.a中FILE结构和相应的函数指针的分析

fopen()函数在fopen.c文件里面定义。
调用了__fopen()函数,里面第三个参数是-1,而fdopen里面也调用了__fopen函数。
里面第三个参数是fd。
调用的第二个函数是__file()函数,主要是分配一个FILE结构,并且初始化相应的读写相关的函数指针。
FILE *fopen F2(CONST char *, name, CONST char *, mode)

{
  register int fd;            /* opened file descriptor */
  short flags;                /* flag settings */

  return (fd = __fopen(name, mode, -1, &flags)) < 0
    ? (FILE *) (NULL)
    : __file((FILE *) NULL, fd, flags);
}
__fopen()函数功能是看是否存在要打开的文件,不存在则创建一个文件。


__file函数的功能是申请一个FILE结构,然后初始化,特别是相应的读写相关的函数进行初始化,和函数指针数组有密切的关系,读有关的是filtable[],写有关的是flstable[]。
先是遍历FILE结构组成的链表看是否已经打开了这个文件,如果已经被打开了,则不能第二次打开,返回NULL。
然后是malloc一个FILE结构,进行初始化。

brdupdate函数在_update.c文件里面定义,调用了__brdonly()函数。
int __brdupdate F1(register FILE *, fp)

{
  if (TESTFLAG(fp, (_IOWRITE | _IOEOF | _IOERR)))
    return EOF;

  SETFLAG(fp, _IOREAD);

  return __brdonly(fp);
}

__brdonly()函数在_bread.c文件里面定义,调用了_brd()函数。
  SETFILBUF(fp, __brd); 这一句也设置了一个FILE结构里面的成员,
函数指针__brd。
_brd()函数在_bread.c文件里面定义,调用了__ioread()函数。
__ioread()函数在_ioread.c文件里面定义,终于调用了read函数。
__stdiosize_t __ioread F3(int, fd, char *, p, __stdiosize_t, n)

{
  register int r;            /* bytes read by read call */

  if (n > INT_MAX)
    n = INT_MAX;
  do
    r = read(fd, p, n);
  while (r == -1 && (errno == EINTR || errno == EAGAIN));

  return r < 0 ? 0 : r;
}




/*                _ f i l e
 *
 * Allocate a stream descriptor
 *
 * Allocate and initialise a FILE structure. If the pointer passed
 * to the function is NULL, a FILE will be allocated, otherwise
 * the one specified will be used. The function will return
 * a pointer to the FILE structure, or NULL if it fails.
 */

#include "stdiolib.h"

/*LINTLIBRARY*/

#if    _IOREAD != 1 || _IOWRITE != 2
    _IOREAD == 1 and _IOWRITE == 2 assumed
#endif

static int (*filtable[]) P((FILE *)) =
  {__brdupdate, __brdonly, __bffil};

static int (*flstable[]) P((int, FILE *)) =
  {__bwrupdate, __bffls, __bwronly};

FILE *__file F3(register FILE *, fp, int, fd, register short, flags)

{

/* Retain flags and insert if necessary */
  if (fp != NULL) {
    if (TESTFLAG(fp, _IOINSERT)) {
      CLEARFLAG(fp, _IOINSERT);
      FINSERT(fp);
    }
    flags |= GETFLAG(fp, _IORETAIN);
  }

/* Allocate or find a file structure */
  else {
    for (fp = __iop; fp != NULL && TESTFLAG(fp, ~_IORETAIN); fp = fp->__next) {
      if (fileno(fp) == fd) {
/* Multiple fdopen() on a file descriptor is debatable */
/* Error return here breaks too many broken programs!  */
/*    return NULL; */
    __freebuf(fp);
    break;
      }
    }

/* Retain flags on existing descriptors */
    if (fp != NULL)
      flags |= GETFLAG(fp, _IORETAIN);

/* No existing descriptor */
    else {
      if ((fp = (FILE *) malloc(sizeof(*fp))) == NULL)
    return NULL;

      FINSERT(fp);
    }
  }

/* Stream descriptor needs to be initialised */
  fp->__rend   = NULL;
  fp->__rptr   = NULL;
  fp->__wend   = NULL;
  fp->__wptr   = NULL;
  fp->__base   = NULL;
  fp->__flag   = flags;
  fp->__file   = fd;
  fp->__bufsiz = __allocbuf(fp);

  flags       &= _IOREAD | _IOWRITE;
  fp->__filbuf = filtable[flags];
  fp->__flsbuf = flstable[flags];
  fp->__flush  = __btfls;

  return fp;
}

<think>我们正在讨论的是`poll()`函数,它是Unix/Linux系统中用于I/O多路复用的系统调用,允许程序监视多个文件描述符,等待其中一个或多个文件描述符的状态变为可读、可写或发生错误。`poll()`函数定义在`<poll.h>`头文件中,其函数原型如下: ```c #include <poll.h> int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); ``` 其中: - `fds`是指向`struct pollfd`数组的指针,每个数组元素代表一个被监视的文件描述符。 - `nfds`表示`fds`数组中的元素个数。 - `timeout`表示等待的超时时间(以毫秒为单位)。如果为负数,则表示无限等待;如果为0,则立即返回,不阻塞;如果为正数,则等待指定的毫秒数。 `struct pollfd`结构体定义如下: ```c struct pollfd { int fd; /* 文件描述符 */ short events; /* 等待的事件 */ short revents; /* 实际发生的事件 */ }; ``` `events``revents`都是位掩码,由以下标志位通过按位或(`|`)组合而成: - `POLLIN`:有数据可读。 - `POLLPRI`:有紧急数据可读(如TCP带外数据)。 - `POLLOUT`:写操作不会阻塞。 - `POLLERR`:发生错误(仅用于revents)。 - `POLLHUP`:挂起(仅用于revents)。 - `POLLNVAL`:文件描述符未打开(仅用于revents)。 ### 使用示例 下面是一个简单的使用`poll()`的示例,该程序监视标准输入(文件描述符0)是否有数据可读,并设置超时时间为5秒: ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <poll.h> int main() { struct pollfd fds[1]; fds[0].fd = STDIN_FILENO; // 标准输入 fds[0].events = POLLIN; // 监视可读事件 printf("Waiting for input on stdin for 5 seconds...\n"); int ret = poll(fds, 1, 5000); // 等待5秒 if (ret == -1) { perror("poll"); return 1; } else if (ret == 0) { printf("Timeout occurred! No data within 5 seconds.\n"); } else { // 检查哪些文件描述符有事件 if (fds[0].revents & POLLIN) { printf("stdin is readable\n"); // 读取数据 char buf[1024]; ssize_t len = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf)-1); if (len > 0) { buf[len] = '\0'; printf("Read: %s\n", buf); } } } return 0; } ``` ### 常见问题排查 1. **`poll()`返回-1(错误)**: - 检查`errno`: - `EINTR`:在等待期间被信号中断。通常需要重新调用`poll()`。 - `EINVAL`:`nfds`参数超出`RLIMIT_NOFILE`限制,或者`timeout`参数无效(比如过大)。 - `ENOMEM`:没有足够的内存空间。 2. **`poll()`返回0**: - 表示超时,没有文件描述符在指定时间内准备好。 3. **事件未触发**: - 确保正确设置了`events`字段,并且文件描述符是有效的(打开状态)。 - 检查文件描述符是否支持轮询。例如,普通文件总是可读可写,所以`poll()`会立即返回。 - 注意,`poll()`不会在文件结束(EOF)时设置`POLLIN`,而是设置`POLLHUP`或`POLLIN|POLLHUP`(取决于系统)。所以通常应该检查`POLLIN``POLLHUP`。 4. **性能问题**: - 当监视大量文件描述符时,`poll()`的效率可能不如`epoll`(在Linux上)或`kqueue`(在BSD上),因为`poll()`需要遍历整个文件描述符列表。在需要高性能的场景下,考虑使用`epoll`(Linux)或`kqueue`(BSD)。 ### 与`select()`的对比 `poll()`与`select()`类似,但有以下优势: - 没有文件描述符数量的限制(`select()`通常受`FD_SETSIZE`限制)。 - 不需要在每次调用前重置文件描述符集合(`select()`需要重置,因为它是输入输出参数)。 - 更灵活的事件类型(`select()`只提供读、写、异常三种事件)。 ### 注意事项 - 在多线程环境中使用`poll()`时,需要注意文件描述符的状态变化。如果另一个线程关闭了正在被监视的文件描述符,会导致未定义行为。通常建议在一个线程中处理所有I/O。 - 在Linux上,`poll()`不会监视文件描述符是否被关闭(如通过`close()`关闭),但会返回`POLLNVAL`。 ### 引用参考 在Linux中,`poll()`系统调用的实现在内核源码的`fs/select.c`文件中。用户空间通过`libc`提供的`poll()`函数进行调用,最终会通过系统调用进入内核。关于`poll`的更多细节可以参考Linux手册页(`man 2 poll`)[^1]。 §§相关问题§§ 1. `poll()``select()`有什么区别?在什么情况下应该选择使用`poll()`? 2. 在Linux上,`poll()``epoll`有什么区别?`epoll`在哪些场景下更有优势? 3. 如何处理`poll()`调用被信号中断的情况? 4. 在多线程程序中使用`poll()`需要注意什么? 5. 如何用`poll()`监视一个非阻塞套接字?</think>### `poll()` 函数详解(基于 `libc.so.6`) `poll()` 是 Linux/Unix 系统中用于 **I/O 多路复用** 的系统调用,通过 `libc.so.6` 提供用户层接口。它允许程序监视多个文件描述符(如套接字、管道等),等待其中任意一个进入就绪状态(可读、可写或异常),避免轮询造成的资源浪费。 #### 函数原型 ```c #include <poll.h> int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); ``` - **`fds`**:指向 `struct pollfd` 数组的指针 - **`nfds`**:数组长度(需监视的文件描述符数量) - **`timeout`**:超时时间(毫秒),`-1` 表示阻塞等待,`0` 表示立即返回 #### `struct pollfd` 结构 ```c struct pollfd { int fd; // 文件描述符 short events; // 监视的事件(输入) short revents; // 实际发生的事件(输出) }; ``` **常用事件标志**: | 事件 | 含义 | |--------------|-------------------------------| | `POLLIN` | 数据可读 | | `POLLOUT` | 可写(不阻塞) | | `POLLERR` | 错误发生(自动设置) | | `POLLHUP` | 连接挂起(自动设置) | | `POLLNVAL` | 无效文件描述符(自动设置) | --- ### 使用示例 ```c #include <poll.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> int main() { struct pollfd fds[1]; fds[0].fd = STDIN_FILENO; // 监视标准输入 fds[0].events = POLLIN; // 等待可读事件 printf("等待输入(5秒超时)...\n"); int ret = poll(fds, 1, 5000); // 等待5秒 if (ret == -1) { perror("poll 错误"); } else if (ret == 0) { printf("超时:无输入\n"); } else { if (fds[0].revents & POLLIN) { char buf[1024]; ssize_t len = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf)); printf("读到 %zd 字节\n", len); } } return 0; } ``` --- ### 常见错误排查 1. **返回 `-1`(错误)**: - **`EINTR`**:被信号中断 → 需重启调用。 - **`ENOMEM`**:内存不足 → 检查资源限制或减少 `nfds`。 - **`EFAULT`**:`fds` 指向非法地址 → 检查指针有效性。 2. **事件未触发**: - 检查 `events` 是否设置正确(如写监视需用 `POLLOUT`)。 - 确认文件描述符有效且未关闭(避免 `POLLNVAL`)。 - 非阻塞描述符可能立即返回 `POLLOUT`。 3. **性能问题**: - 当监视大量描述符时,`poll()` 需遍历整个数组,效率低于 `epoll`。 **优化建议**:Linux 下优先使用 `epoll`(>1000 个描述符时)[^1]。 4. **超时精度**: - 内核调度可能导致实际超时略大于设定值(毫秒级偏差)。 --- ### 与 `select()` 的对比 | 特性 | `poll()` | `select()` | |--------------|------------------------------|------------------------------| | 描述符上限 | 无硬性限制 | 受 `FD_SETSIZE` 限制(通常1024) | | 事件类型 | 更丰富(如 `POLLRDHUP`) | 仅读/写/异常 | | 内存使用 | 每次调用需传递整个数组 | 需维护位图 | | 可移植性 | POSIX 标准 | 广泛支持但较老旧 | --- ### 典型应用场景 1. 网络服务器(监视多个客户端套接字) 2. 管道/串口通信(非阻塞 I/O) 3. 跨平台事件循环(如 GUI 框架) > 参考:Linux 手册页 `man 2 poll` 详细描述了行为细节边界条件[^1]。
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