IO多路复用之poll

发布时间:2020-08-17 16:28:16 作者:程红玲OOO
来源:网络 阅读:373

poll提供的功能与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,但poll比select的优点是,不限制所能监视的描述符的数目,但随着所监视描述符的数目的增加,性能也会下降


函数原型:

#include <poll.h>

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

返回值:成功时,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,返回0;失败返回-1

参数:

fds:结构体指针,该结构体结构如下:

        struct pollfd{

              int fd;               //所感兴趣的文件描述符

              short events;    //用于指定等待的事件

              short revents;   //用于指定poll返回时,在该文件描述符上实际发生了的事件

          };

每一个pollfd结构体制定了一个被监视文件描述符,可传递多个该结构体,指示poll监视多个文件描述符

nfds:要监视的描述符的个数

timeout:单位(微秒),timeout指定等待的毫秒数,无论I/O是否准备好,poll都会返回,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,立即返回


events域中请求的任何事件都可能在revents域中返回。合法的事件如下:

      POLLIN         有数据可读

      POLLPRI        有紧迫数据可读

  POLLOUT           写数据不会导致阻塞

  POLLRDNORM       有普通数据可读。

  POLLRDBAND      有优先数据可读。

  POLLWRNORM     写普通数据不会导致阻塞。

  POLLWRBAND       写优先数据不会导致阻塞。

  POLLMSGSIGPOLL    消息可用。

  此外,revents域中还可能返回下列事件:
  POLLER             指定的文件描述符发生错误。

  POLLHUP           指定的文件描述符挂起事件。

  POLLNVAL         指定的文件描述符非法。

      这些事件在events域中无意义,因为它们在合适的时候总是会从revents中返回。

  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。


示例代码如下:

编写一个echo server程序,功能是客户端向服务器发送信息,服务器接收输出并原样发送回给客户端,客户端接收到输出到终端

server_poll.c

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

#define _BLOCKLOG_ 6

void usage(char *_proc)
{
    printf("%s [ip] [port]\n",_proc);
}

int create(char *_ip,int _port)
{
    int listen_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(listen_fd<0){
        perror("socket");
        exit(1);
    }   
    
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family=AF_INET;
    local.sin_port=htons(_port);
    local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip);

    struct linger lig;
    int iLen;
    lig.l_onoff=1;
    lig.l_linger=0;
    iLen=sizeof(struct linger);
    setsockopt(listen_fd,SOL_SOCKET,SO_LINGER,(char *)&lig,iLen);

    if(bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){
        perror("bind");
        exit(2);
    }

    if(listen(listen_fd,_BLOCKLOG_)<0){
        perror("listen");
        exit(3);
    }

    return listen_fd;
}

int main(int args,char *argv[])
{
    if(args!=3){
        usage(argv[0]);
        return 1;
    }   

    char *ip=argv[1];
    int port=atoi(argv[2]);
    //创建监听描述符并绑定
    int listen_fd=create(ip,port);

    nfds_t nfds=64;
    struct pollfd fds[nfds];

    //初始化描述符
    int i=0;
    for(;i<nfds;++i){
        fds[i].fd=-1;
    }  
    
    //添加监听描述符
    fds[0].fd=listen_fd;
    fds[0].events=POLLIN;

    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len;

    char buf[1024];
    int maxi=0;

    int done=0;
    while(!done){
        int timeout=5000;
        switch(poll(fds,maxi+1,timeout)){
            case -1:
                perror("poll");
                break;
            case 0:
                printf("poll timeout...\n");
                break;
            default:
                {
                    int i=0;
                    for(;i<nfds;++i){
                        if(fds[i].fd==listen_fd && (fds[i].revents&POLLIN)){//listen event happend
                            int new_socket=accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&client,&len);
                            if(new_socket<0){
                                perror("accept");
                                continue;
                            }else{
                                printf("get a connection...%s:%d\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port));
                                int i=0;
                                //将新的连接和读事件添加到数组中
                                for(;i<nfds;++i){
                                    if(fds[i].fd<0){
                                        fds[i].fd=new_socket;
                                        fds[i].events=POLLIN;
                                        ++maxi;//更新客户连接的文件描述符的个数
                                        break;
                                    }
                                }
                            }
                        }else if(fds[i].fd>0 && (fds[i].revents&POLLIN)){//normal events happend
                                //接收客户端发来的消息
                            ssize_t _size=read(fds[i].fd,buf,sizeof(buf)-1);
                            if(_size<0){
                                perror("read");
                            }else if(_size==0){//client closed
                                printf("client shutdown\n");
                                close(fds[i].fd);
                                fds[i].fd=-1;
                                continue;
                            }else{
                                buf[_size]='\0';
                                printf("client# %s",buf);
                                //向客户端发送消息
                                if(write(fds[i].fd,buf,sizeof(buf)-1)<0){
                                    perror("write");
                                }
                            }
                        }
                    }
                    break;
                }
                break;
        }
    }

    return 0;
}

client_poll.c

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

void usage(char *proc)
{
    printf("%s [ip] [port]\n",proc);
}

int creat_socket()
{
    int fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(fd<0){
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    return fd;
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc!=3){
        usage(argv[0]);
        exit(1);
    }

    int fd=creat_socket();

    int _port=atoi(argv[2]);
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family=AF_INET;
    addr.sin_port=htons(_port);
    inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr);
    socklen_t addrlen=sizeof(addr);
    if(connect(fd,(struct sockaddr*)&addr,addrlen)<0){
        perror("connect");
        exit(2);
    }

    char buf[1024];
    while(1){
        memset(buf,'\0',sizeof(buf));
        printf("Please Enter:");
        fgets(buf,sizeof(buf)-1,stdin);
        if(send(fd,buf,sizeof(buf)-1,0)<0){
            perror("send");
            continue;
        }

        ssize_t _size=recv(fd,buf,sizeof(buf)-1,0);
        if(_size>0){
            buf[_size]='\0';
            printf("echo->%s",buf);
        }
  }
  return 0;
}


运行结果:

服务器端运行结果:

IO多路复用之poll

客户端1运行结果:

IO多路复用之poll

客户端2运行结果:

IO多路复用之poll




最后还有一点,poll()会自动把revents域设置为0,不需要我们手动的去设置

测试程序如下:

以下程序片段只是在上面代码的基础上添加了几行代码,为看的更清楚,我用红色注释了这几行代码

IO多路复用之poll

运行出来的结果如下:

IO多路复用之poll

现在对上面运行结果进行分析,为简单起见,我们只关注四个结构体,所以以四行为单位


可看到第一次(前四行)的revents都为随机值

第二次(次四行)poll()函数把fd=3的描述符中revents设置为0

第四次poll()函数把fd=3的描述符中revents设置为1(因为此时监听到了客户端请求)所以接下来有:

get a connection...1.0.0.0:0  这条消息

第五次fd=3的revents还是为1,因为此时还没有执行poll(),fd=4的revents是随机值

第六次fd=3和fd=4的events都为1,它们都添加了读事件,而fd=3的revents被poll设置为了0,fd=4的revents为1(因为客户端发送了条消息,使读事件发生,因此有下面一条消息:)

client# hello 

第七次和第六次的一致,因为还未被poll()设置

第八次和第七次的一致,但此时fd=4的revents=1是因为客户端按下了Ctrl+c,所以接下来会有:

client shutdown  

第九次把fd=4从数组中去掉



《完》

推荐阅读:
  1. I/O多路复用——poll
  2. IO多路复用总结

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编程 socket poll

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