poll模型原理

小咪咪 2024-02-18 23:59 16阅读 0赞

#### 1.poll模型原理 ####

poll模型是基于select最大文件描述符限制提出的，跟select一样，只是将select使用的三个基于位的文件描述符改为使用一个数组的形式，对于各种可能的事件进行了一个包装

1.  `#include <sys/poll.h>`
2.  `int poll (struct pollfd *fds, unsigned int nfds, int timeout);`

参数说明：

第一个参数fds为一个pollfd结构数组，用来保存文件描述符

第二个参数nfds为pollfd结构体数组+1

第三个参数timeout为poll等待时间

返回值：

正常返回值为轮询文件描述符结构有事件发送的个数，-1返回失败

和select()不一样，poll()没有使用低效的三个基于位的文件描述符set，而是采用了一个单独的结构体pollfd数组，由fds指针指向这个组。pollfd结构体定义如下：

1.  `#include <sys/poll.h>`
2.  
3.  `struct pollfd {`
4.  `int fd; /* file descriptor */`
5.  `short events; /* requested events to watch */`
6.  `short revents; /* returned events witnessed */`
7.  `};`

每一个pollfd结构体指定了一个被监视的文件描述符，可以传递多个结构体，指示poll()监视多个文件描述符。每个结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域。revents域是文件描述符的操作结果事件掩码。内核在调用返回时设置这个域。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。  
POLLRDNORM 有普通数据可读。  
POLLRDBAND 有优先数据可读。  
POLLPRI 有紧迫数据可读。  
POLLOUT 写数据不会导致阻塞。  
POLLWRNORM 写普通数据不会导致阻塞。  
POLLWRBAND 写优先数据不会导致阻塞。  
POLLMSG SIGPOLL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。使用poll()和select()不一样，你不需要显式地请求异常情况报告。  
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。  
timeout参数指定等待的毫秒数，无论I/O是否准备好，poll都会返回。timeout指定为负数值表示无限超时；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。这种情况下，poll()就像它的名字那样，一旦选举出来，立即返回。  
返回值和错误代码  
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，poll()返回0；失败时，poll()返回-1，并设置errno为下列值之一：  
EBADF 一个或多个结构体中指定的文件描述符无效。  
EFAULT fds指针指向的地址超出进程的地址空间。  
EINTR 请求的事件之前产生一个信号，调用可以重新发起。  
EINVAL nfds参数超出PLIMIT\_NOFILE值。  
ENOMEM 可用内存不足，无法完成请求。

#### 2.poll工作流程 ####

1.定义一个客户端连接数组

struct pollfd clients\[OPEN\_MAX\];

2.调用poll轮询文件描述符事件

nready = poll(clients, maxi + 1, -1);

#### 3.使用实例 ####

引用一个简单的poll服务器例子

1.  `#include <unistd.h>`
2.  `#include <sys/types.h> /* basic system data types */`
3.  `#include <sys/socket.h> /* basic socket definitions */`
4.  `#include <netinet/in.h> /* sockaddr_in{} and other Internet defns */`
5.  `#include <arpa/inet.h> /* inet(3) functions */`
6.  
7.  `#include <stdlib.h>`
8.  `#include <errno.h>`
9.  `#include <stdio.h>`
10. `#include <string.h>`
11. 
12. 
13. `#include <poll.h> /* poll function */`
14. `#include <limits.h>`
15. 
16. `#define MAXLINE 10240`
17. 
18. `#ifndef OPEN_MAX`
19. `#define OPEN_MAX 40960`
20. `#endif`
21. 
22. `void handle(struct pollfd* clients, int maxClient, int readyClient);`
23. 
24. `int main(int argc, char **argv)`
25. `{`
26. `int servPort = 6888;`
27. `int listenq = 1024;`
28. `int listenfd, connfd;`
29. `struct pollfd clients[OPEN_MAX];`
30. `int maxi;`
31. `socklen_t socklen = sizeof(struct sockaddr_in);`
32. `struct sockaddr_in cliaddr, servaddr;`
33. `char buf[MAXLINE];`
34. `int nready;`
35. 
36. `bzero(&servaddr, socklen);`
37. `servaddr.sin_family = AF_INET;`
38. `servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);`
39. `servaddr.sin_port = htons(servPort);`
40. 
41. `listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);`
42. `if (listenfd < 0) {`
43. `perror("socket error");`
44. `}`
45. 
46. `int opt = 1;`
47. `if (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)) < 0) {`
48. `perror("setsockopt error");`
49. `}`
50. 
51. `if(bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, socklen) == -1) {`
52. `perror("bind error");`
53. `exit(-1);`
54. `}`
55. `if (listen(listenfd, listenq) < 0) {`
56. `perror("listen error");`
57. `}`
58. 
59. `clients[0].fd = listenfd;`
60. `clients[0].events = POLLIN;`
61. `int i;`
62. `for (i = 1; i< OPEN_MAX; i++)`
63. `clients[i].fd = -1;`
64. `maxi = listenfd + 1;`
65. 
66. `printf("pollechoserver startup, listen on port:%d\n", servPort);`
67. `printf("max connection is %d\n", OPEN_MAX);`
68. 
69. `for ( ; ; ) {`
70. `nready = poll(clients, maxi + 1, -1);`
71. `//printf("nready is %d\n", nready);`
72. `if (nready == -1) {`
73. `perror("poll error");`
74. `}`
75. `if (clients[0].revents & POLLIN) {`
76. `connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) &cliaddr, &socklen);`
77. `sprintf(buf, "accept form %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), cliaddr.sin_port);`
78. `printf(buf, "");`
79. 
80. `for (i = 0; i < OPEN_MAX; i++) {`
81. `if (clients[i].fd == -1) {`
82. `clients[i].fd = connfd;`
83. `clients[i].events = POLLIN;`
84. `break;`
85. `}`
86. `}`
87. 
88. `if (i == OPEN_MAX) {`
89. `fprintf(stderr, "too many connection, more than %d\n", OPEN_MAX);`
90. `close(connfd);`
91. `continue;`
92. `}`
93. 
94. `if (i > maxi)`
95. `maxi = i;`
96. 
97. `--nready;`
98. `}`
99. 
100. `handle(clients, maxi, nready);`
101. `}`
102. `}`
103. 
104. `void handle(struct pollfd* clients, int maxClient, int nready) {`
105. `int connfd;`
106. `int i, nread;`
107. `char buf[MAXLINE];`
108. 
109. `if (nready == 0)`
110. `return;`
111. 
112. `for (i = 1; i< maxClient; i++) {`
113. `connfd = clients[i].fd;`
114. `if (connfd == -1)`
115. `continue;`
116. `if (clients[i].revents & (POLLIN | POLLERR)) {`
117. `nread = read(connfd, buf, MAXLINE);//读取客户端socket流`
118. `if (nread < 0) {`
119. `perror("read error");`
120. `close(connfd);`
121. `clients[i].fd = -1;`
122. `continue;`
123. `}`
124. `if (nread == 0) {`
125. `printf("client close the connection");`
126. `close(connfd);`
127. `clients[i].fd = -1;`
128. `continue;`
129. `}`
130. 
131. `write(connfd, buf, nread);//响应客户端`
132. `if (--nready <= 0)//没有连接需要处理，退出循环`
133. `break;`
134. `}`
135. `}`
136. `}`

#### 4.总结讨论 ####

1.poll与select，epoll比较

poll主要是解决select的最大文件描述符限制提出的，与select一样都是轮询文件描述符，所以效率方便也无法与epoll相比，另外poll不具备移植性，只有在linux系统上有实现，在windows系统没有poll模型的实现  
2.poll模型效率

poll本质上和select没有区别，它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd对应的设备状态，如果设备就绪则在设备等待队列中加入一项并继续遍历，如果遍历完所有fd后没有发现就绪设备，则挂起当前进程，直到设备就绪或者主动超时，被唤醒后它又要再次遍历fd。这个过程经历了多次无谓的遍历。

它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的，但是同样有如下缺点：  
1.大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。  
2.poll还有一个特点是“水平触发”，如果报告了fd后，没有被处理，那么下次poll时会再次报告该fd。