网络编程：poll
原理
和select类似，只是描述fd集合的方式不同，poll使用pollfd结构而非select的fd_set结构。 管理多个描述符也是进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但poll没有最大文件描述符数量的限制。
select 和poll的区别
select采用的是位掩码的模型，参考NDK中sysroot/usr/include/sys/select.h，即
#define FD_SETSIZE 1024
#define NFDBITS (8 * sizeof(unsigned long))
#define __FDSET_LONGS (FD_SETSIZE/NFDBITS)
typedef struct {
unsigned long fds_bits[__FDSET_LONGS];
} fd_set;
#define __FDELT(fd) ((fd) / NFDBITS)
#define __FDMASK(fd) (1UL << ((fd) % NFDBITS))
#define __FDS_BITS(set) (((fd_set*)(set))->fds_bits)
#define FD_ZERO(set) (memset(set, 0, sizeof(*(fd_set*)(set))))
#if defined(__BIONIC_FORTIFY)
extern void __FD_CLR_chk(int, fd_set*, size_t);
extern void __FD_SET_chk(int, fd_set*, size_t);
extern int __FD_ISSET_chk(int, fd_set*, size_t);
#define FD_CLR(fd, set) __FD_CLR_chk(fd, set, __bos(set))
#define FD_SET(fd, set) __FD_SET_chk(fd, set, __bos(set))
#define FD_ISSET(fd, set) __FD_ISSET_chk(fd, set, __bos(set))
#else
#define FD_CLR(fd, set) (__FDS_BITS(set)[__FDELT(fd)] &= ~__FDMASK(fd))
#define FD_SET(fd, set) (__FDS_BITS(set)[__FDELT(fd)] |= __FDMASK(fd))
#define FD_ISSET(fd, set) ((__FDS_BITS(set)[__FDELT(fd)] & __FDMASK(fd)) != 0)
#endif /* defined(__BIONIC_FORTIFY) */
不考虑__BIONIC_FORTIFY，即select是通过申请了一个unsigned long fds_bits[]的数组，数组中的每一位代表一个文件句柄的掩码，即select最大只支持fd < 1024的情况，如果fd >= 1024，就必须重新编译内核了。
那么区别点：
- 区别1：select使用的是
定长数组，而poll是通过用户自定义数组长度的形式（pollfd[]）。 - 区别2：select只支持最大fd < 1024，如果单个进程的文件句柄数超过1024，select就不能用了。poll在接口上无限制，考虑到每次都要拷贝到内核，一般文件句柄多的情况下建议用epoll。
- 区别3：select由于使用的是位运算，所以select需要分别设置read/write/error fds的掩码。而poll是通过设置数据结构中fd和event参数来实现read/write，比如读为POLLIN，写为POLLOUT，出错为POLLERR：
struct pollfd pfd;
pfd.fd = fd;
pfd.events = POLLIN;
pfd.revents = 0;
- 区别4：select中fd_set是被内核和用户共同修改的，所以要么每次FD_CLR再FD_SET，要么备份一份memcpy进去。而poll中用户修改的是events，系统修改的是revents。所以参考muduo的代码，都不需要自己去清除revents，从而使得代码更加简洁。
- 区别5：select的timeout使用的是struct timeval *timeout，poll的timeout单位是int。
- 区别6：select使用的是绝对时间，poll使用的是相对时间。
- 区别7：select的精度是微秒（timeval的分度），poll的精度是毫秒。
- 区别8：select的timeout为NULL时表示无限等待，否则是指定的超时目标时间；poll的timeout为-1表示无限等待。所以有用select来实现usleep的。
- 区别9：理论上poll可以监听更多的事件，比如sysroot/usr/include/asm-generic/poll.h中有
#define POLLIN 0x0001
#define POLLPRI 0x0002
/* WARNING: DO NOT EDIT, AUTO-GENERATED CODE - SEE TOP FOR INSTRUCTIONS */
#define POLLOUT 0x0004
#define POLLERR 0x0008
#define POLLHUP 0x0010
#define POLLNVAL 0x0020
/* WARNING: DO NOT EDIT, AUTO-GENERATED CODE - SEE TOP FOR INSTRUCTIONS */
#define POLLRDNORM 0x0040
#define POLLRDBAND 0x0080
#ifndef POLLWRNORM
#define POLLWRNORM 0x0100
/* WARNING: DO NOT EDIT, AUTO-GENERATED CODE - SEE TOP FOR INSTRUCTIONS */
#endif
#ifndef POLLWRBAND
#define POLLWRBAND 0x0200
#endif
/* WARNING: DO NOT EDIT, AUTO-GENERATED CODE - SEE TOP FOR INSTRUCTIONS */
#ifndef POLLMSG
#define POLLMSG 0x0400
#endif
#ifndef POLLREMOVE
/* WARNING: DO NOT EDIT, AUTO-GENERATED CODE - SEE TOP FOR INSTRUCTIONS */
#define POLLREMOVE 0x1000
#endif
#ifndef POLLRDHUP
#define POLLRDHUP 0x2000
/* WARNING: DO NOT EDIT, AUTO-GENERATED CODE - SEE TOP FOR INSTRUCTIONS */
#endif
#define POLLFREE 0x4000
#define POLL_BUSY_LOOP 0x8000
struct pollfd {
/* WARNING: DO NOT EDIT, AUTO-GENERATED CODE - SEE TOP FOR INSTRUCTIONS */
int fd;
short events;
short revents;
};
API
poll函数原型
int poll(struct pollfd *fds, unsigned long nfds, int timeout);
返回值：若有就绪描述符则为其数目，若超时则为0，若出错则为-1
第一个参数是一个 pollfd 的数组
其中 pollfd 的结构如下：
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor */
short events; /* events to look for */
short revents; /* events returned */
};
首先是描述符 fd，然后是描述符上待检测的事件类型 events，注意这里的 events 可以表示多个不同的事件，具体的实现可以通过使用二进制掩码位操作来完成，例如，POLLIN 和 POLLOUT 可以表示读和写事件。
events类型的事件可以分为两大类
- 第一类是可读事件，有以下几种
#define POLLIN 0x0001 /* any readable data available */
#define POLLPRI 0x0002 /* OOB/Urgent readable data */
#define POLLRDNORM 0x0040 /* non-OOB/URG data available */
#define POLLRDBAND 0x0080 /* OOB/Urgent readable data */
- 第二类是可写事件，有以下几种：
#define POLLOUT 0x0004 /* file descriptor is writeable */
#define POLLWRNORM POLLOUT /* no write type differentiation */
#define POLLWRBAND 0x0100 /* OOB/Urgent data can be written */
一般我们在程序里面统一使用 POLLOUT。套接字可写事件和 select 的 writeset 基本一致，是系统内核通知套接字缓冲区已准备好，通过 write 函数执行写操作不会被阻塞。
其次参数 nfds 描述的是数组 fds 的大小，简单说，就是向 poll 申请的事件检测的个数。
最后一个参数timeout，描述poll的行为
如果是一个 <0 的数，表示在有事件发生之前永远等待；如果是 0，表示不阻塞进程，立即返回；如果是一个 >0 的数，表示 poll 调用方等待指定的毫秒数后返回。
关于返回值,，当有错误发生时，poll 函数的返回值为 -1；如果在指定的时间到达之前没有任何事件发生，则返回 0，否则就返回检测到的事件个数，也就是“returned events”中非 0 的描述符个数。
实践
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
#include <sys/poll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#define SERV_PORT 43211
#define LISTENQ 1024
#define INIT_SIZE 128
#define MAXLINE 1024
int tcp_server_listen(int port)
{
int listen_fd;
listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int on = 1;
setsockopt(listen_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
int rt1 = bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
if(rt1 < 0)
{
perror("bind failed");
return -1;
}
int rt2 = listen(listen_fd, LISTENQ);
if(rt2 < 0)
{
perror("listen failed");
return -1;
}
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
return listen_fd;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int listen_fd, connected_fd;
int ready_number;
ssize_t n;
char buf[MAXLINE];
struct sockaddr_in client_addr;
listen_fd = tcp_server_listen(SERV_PORT);
//初始化pollfd数组，这个数组的第一个元素是listen_fd,其余的用来记录将要连接的connect_fd
//将监听套接字 listen_fd 和对应的 POLLRDNORM 事件加入到 event_set 里，表示我们期望系统内核检测监听套接字上的连接建立完成事件。
struct pollfd event_set[INIT_SIZE];
event_set[0].fd = listen_fd;
event_set[0].events = POLLRDNORM;
//用-1表示这个数组位置还没有被占用
//对应 pollfd 里的文件描述字 fd 为负数，poll 函数将会忽略这个 pollfd
int i;
for(int i = 1; i < INIT_SIZE; i++)
{
event_set[i].fd = -1;
}
for(;;)
{
//调用 poll 函数来进行事件检测。poll 函数传入的参数为 event_set 数组，数组大小 INIT_SIZE 和 -1
//之所以传入 INIT_SIZE，是因为 poll 函数已经能保证可以自动忽略 fd 为 -1 的 pollfd，否则我们每次都需要计算一下 event_size 里真正需要被检测的元素大小；
//timeout 设置为 -1，表示在 I/O 事件发生之前 poll 调用一直阻塞。
if((ready_number = poll(event_set, INIT_SIZE, -1)) < 0)
{
perror("poll failed");
return -1;
}
// 使用了如 event_set[0].revent 来和对应的事件类型进行位与操作
// 因为 event 都是通过二进制位来进行记录的，位与操作是和对应的二进制位进行操作，一个文件描述字是可以对应到多个事件类型的。
if(event_set[0].revents & POLLRDNORM)
{
socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
//调用 accept 函数获取了连接描述字
connected_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
//找到一个可以记录该连接套接字的位置
for(i = 1; i < INIT_SIZE; i++)
{
if(event_set[i].fd < 0)
{
event_set[i].fd = connected_fd;
event_set[i].events = POLLRDNORM;
break;
}
}
//event_set 已经被很多连接充满了，没有办法接收更多的连接了
if( i == INIT_SIZE)
{
perror("can not hold so many clients");
return -1;
}
//加速优化能力，因为 poll 返回的一个整数，说明了这次 I/O 事件描述符的个数，
//如果处理完监听套接字之后，就已经完成了这次 I/O 复用所要处理的事情，那么我们就可以跳过后面的处理，再次进入 poll 调用。
if(--ready_number <= 0)
continue;
}
//循环处理是查看 event_set 里面其他的事件，也就是已连接套接字的可读事件
for(i = 1; i < INIT_SIZE; i++)
{
int socket_fd;
if((socket_fd = event_set[i].fd) < 0)
continue;
//通过检测 revents 的事件类型是 POLLRDNORM 或者 POLLERR，我们可以进行读操作。
if(event_set[i].revents & (POLLRDNORM | POLLERR))
{
//读取数据正常之后，再通过 write 操作回显给客户端；
if((n = read(socket_fd, buf, MAXLINE)) > 0)
{
if(write(socket_fd, buf, n) < 0)
{
perror("write error");
return -1;
}
}
else if(n == 0 || errno == ECONNRESET)
{
//如果读到 EOF 或者是连接重置，则关闭这个连接，并且把 event_set 对应的 pollfd 重置
close(socket_fd);
event_set[i].fd = -1;
}
else
{
perror("read error");
return -1;
}
if(--ready_number <= 0)
break;
}
}
}
}
运行结果
通过多个telnet客户端登录，互补影响
