Linux 下 poll 详解

在Linux系统编程中,poll 是一个强大的多路复用(I/O 多路复用)函数,用于同时监控多个文件描述符的事件,特别是在处理网络套接字或其他I/O设备时。相比于selectpoll 支持监控更多的文件描述符,并且没有像select那样的文件描述符数量限制。

一、poll函数介绍

poll 函数用于在指定的超时时间内监视一组文件描述符,并返回文件描述符上是否有指定的I/O事件发生。

函数原型

#include <poll.h>

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

  • fds:是一个数组,每个元素是一个pollfd结构,描述一个文件描述符及其要监视的事件。
  • nfds:要监视的文件描述符个数。
  • timeout:等待的超时时间(以毫秒为单位)。-1表示无限等待,0表示立即返回(非阻塞模式)。
pollfd 结构体

struct pollfd { int fd; // 要监视的文件描述符

                short events; // 等待的事件

                short revents; // 实际发生的事件

};

  • fd:要监视的文件描述符,例如套接字或管道。
  • events:感兴趣的事件,可以是以下的值的组合:
    • POLLIN:有数据可读。
    • POLLOUT:可以写数据(不会阻塞)。
    • POLLERR:发生错误。
    • POLLHUP:挂起事件(对方关闭连接)。
    • POLLNVAL:非法的文件描述符。
  • reventspoll返回时,实际发生的事件。
返回值
  • 成功时,返回大于0的值,表示有多少文件描述符有事件发生。
  • 如果超时且无事件发生,返回0。
  • 失败时,返回-1,并设置errno

二、poll 的使用步骤

  1. 创建并初始化pollfd数组:为需要监控的文件描述符设置监视事件。
  2. 调用poll函数:传入pollfd数组、数组大小和超时时间。
  3. 处理事件:根据返回的revents判断哪个文件描述符有事件发生,并做出相应处理。

三、poll 示例

下面是一个使用 poll 监视两个套接字的简单例子:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#define PORT 8080
#define MAX_EVENTS 2int main() {int listenfd, connfd;struct sockaddr_in serv_addr;struct pollfd fds[MAX_EVENTS];int nfds = 1;// 创建监听套接字if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {perror("socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;serv_addr.sin_port = htons(PORT);// 绑定并监听端口if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {perror("bind failed");close(listenfd);exit(EXIT_FAILURE);}if (listen(listenfd, 3) < 0) {perror("listen failed");close(listenfd);exit(EXIT_FAILURE);}// 初始化pollfd数组fds[0].fd = listenfd;fds[0].events = POLLIN;printf("Waiting for connections...\n");while (1) {int ret = poll(fds, nfds, -1);  // 无限等待事件if (ret < 0) {perror("poll failed");exit(EXIT_FAILURE);}// 检查监听套接字是否有新连接if (fds[0].revents & POLLIN) {struct sockaddr_in client_addr;socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len)) < 0) {perror("accept failed");exit(EXIT_FAILURE);}printf("New connection accepted\n");}}close(listenfd);return 0;
}

这个例子中,程序首先创建了一个监听套接字,然后使用 poll 函数监视这个套接字的 POLLIN 事件(有新的连接到来)。当有新连接时,程序通过 accept 函数接收连接。

四、常用API介绍

在使用poll和其他多路复用函数时,通常会涉及以下API:

  1. socket:创建一个套接字,用于网络通信。

    int socket(int domain, int type, int protocol);

  2. bind:将一个套接字绑定到一个特定的地址和端口。

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

    socklen_t addrlen);

  3. listen:将一个套接字设置为监听模式,等待客户端的连接。

    int listen(int sockfd, int backlog);

  4. accept:从监听套接字接受一个新的连接。

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,

    socklen_t *addrlen);

  5. connect:客户端用于连接到服务端的套接字。

    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

    socklen_t addrlen);

  6. recvsend:分别用于接收和发送数据。

    ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len,

    int flags);

  7. close:关闭文件描述符。

    int close(int fd);

五、pollselect的对比

  • 灵活性poll 可以处理更多的文件描述符,不受select的硬性限制。
  • 事件通知pollpollfd数组更加直观,每个文件描述符有自己的事件和返回事件。
  • 效率poll的实现较select高效,特别是在需要监控大量文件描述符的场景中。

六、结语

poll 提供了一种高效且灵活的方式来监控多个文件描述符的事件,特别适用于网络编程和I/O密集型应用。在实际应用中,poll 被广泛应用于高并发服务器、事件驱动框架等场景中。

如果对文件描述符数量和性能要求更高,还可以考虑使用 epoll,它是 Linux 下的增强版 poll,在处理大规模并发连接时更加高效。

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