linux高性能服务器编程之poll

Posted 2020-07-17

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一.概述：

和select不同的是，poll使用一个pollfd来指向所要监听的fd，事件，返回事件。（pollfd下面详细讲。）

并且poll没有最大的文件描述符数量的限制，是自己定义一个pollfd数组来实现的。

它的缺点和select差不多，即

（1）每次调用poll，都需要把fd集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在fd很多时会很大
（2）当要确定一个文件描述符的状态时，都需要在内核遍历传递进来的所有fd，这个开销在fd很多时也很大

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二.poll介绍篇：

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

函数功能：监听fds中的所有文件描述符，并当某个文件描述符准备好时对这个文件描述符进行相应的设置。

返回值：成功返回准备好的文件描述符个数，返回0时代表timeout，失败返回-1.

fds参数：输出型参数，保持了相应的fd，放到所监听的事件，fd准备好时返回的事件。

struct pollfd结构体如下：

The  set  of  file  descriptors  to be monitored is specified in the fds argument, which is an array of structures of the following
       form:

           struct pollfd {
               int   fd;         /* file descriptor */
               short events;     /* requested events */
               short revents;    /* returned events */
           };

nfds参数：fds数组的大小。

timeout参数：超出时间。单位为毫秒。

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三.代码篇：

用poll实现一个较为高效的服务器：

server.c：

1 /****************************************                                                                                                 
  2     > File Name:poll_server.c
  3     > Author:xiaoxiaohui
  4     > mail:[email protected]
  5     > Created Time:2016年05月28日 星期六 13时36分52秒
  6 ****************************************/
  7 
  8 #include<stdio.h>
  9 #include<poll.h>
 10 #include<sys/types.h>
 11 #include<sys/socket.h>
 12 #include<netinet/in.h>
 13 #include<arpa/inet.h>
 14 #include<string.h>
 15 #include<stdlib.h>
 16 #include<unistd.h>
 17 
 18 #define LEN 1024
 19 const int PORT = 8080;
 20 const char* IP = "127.0.0.1";
 21 const int BACKLOG = 5;
 22 struct sockaddr_in local;
 23 struct sockaddr_in client;
 24 int SIZE_CLIENT = sizeof(client);
 25 #define _MAX_ 64
 26 struct pollfd pfds[_MAX_];
 27 int timeout = 5000;
 28 
 29 int ListenSock()
 30 {
 31     int listenSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 32     if(listenSock < 0)
 33     {
 34         perror("socket");
 35         exit(1);
 36     }
 37 
 38     local.sin_family = AF_INET;
 39     local.sin_port = htons(PORT);
 40     local.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
 41     if( bind(listenSock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
 42     {
 43         perror("bind");
 44         exit(2);
 45     }
 46 
 47     if( listen(listenSock, BACKLOG) < 0)
 48     {
 49         perror("listen");
 50         exit(3);
 51     }
 52 
 53     return listenSock;
 54 }
 55 
 56 
 57 int main()
 58 {
 59     int listenSock = ListenSock();      //获得一个监听套接字
 60 
 61     pfds[0].fd = listenSock;       //对listenSock进行设置
 62     pfds[0].events = POLLIN;       //listenSock关心只读事件
 63     pfds[0].revents = 0;
 64 
 65     int nfds = _MAX_;
 66     int index = 1;
 67     for(; index < nfds; index++)        //初始化pfds中的fd
 68     {
 69         pfds[index].fd = -1;
 70     }
 71 
 72     while(1)
 73     {
 74         switch( poll(pfds, nfds, timeout))
 75         {                                                                                                                                 
 76             case 0:    //timeout
 77                 printf("timeout.......\n");
 78                 break;
 79             case -1:    //error
 80                 perror("poll");
 81                 sleep(1);                                                                                                                 
 82                 break;
 83             default:
 84                 for(int i = 0; i < nfds; i++)
 85                 {
 86                     if(pfds[i].fd == listenSock && (pfds[i].revents & POLLIN))   //listenSock就绪
 87                     {
 88                         int linkSock = accept(listenSock, (struct sockaddr*)&client, &SIZE_CLIENT);
 89                         if(linkSock < 0)
 90                         {
 91                             perror("accept");
 92                             break;
 93                         }
 94                         printf("a new client is connected\n");
 95 
 96                         int j = 0;
 97                         for(; j < nfds; j++)
 98                         {
 99                             if(pfds[j].fd < 0)
100                             {
101                                 break;
102                             }
103                         }
104                         pfds[j].fd = linkSock;       //把linkSock添加到pfds中
105                         pfds[j].events = POLLIN;
106                         pfds[j].revents = 0;
107                     }
108                     else if(pfds[i].revents & POLLIN)       //数据已经准备好，可以进行读操作
109                     {
110                         char buf[LEN];
111                         int fd = pfds[i].fd;
112 
113                         memset(buf, ‘\0‘,LEN);
114                         int ret = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
115                         if(ret > 0)    //read success
116                         {
117                             buf[ret] = ‘\0‘;
118                             printf("client# %s\n", buf) ;
119                         }
120                         else if(ret == 0)    //client close
121                         {
122                             pfds[i].fd = -1;
123                             pfds[i].events = 0;
124                             pfds[i].events = 0;
125                             close(pfds[i].fd);
126                         }
127                         else     //error
128                         {
129                             perror("read");
130                             continue;
131                         }
132 
133                         write(fd, buf, strlen(buf));     //在此没有考虑POLLOUT事件
134                     }
135                 }
136                 break;
137         }
138     }
139 
140     return 0;
141 }
142

client.c：

1 /****************************************                                                                                                 
  2     > File Name:client.c
  3     > Author:xiaoxiaohui
  4     > mail:[email protected]
  5     > Created Time:2016年05月23日 星期一 12时30分01秒
  6 ****************************************/
  7 
  8 #include<stdio.h>
  9 #include<stdlib.h>
 10 #include<string.h>
 11 #include<sys/types.h>
 12 #include<sys/socket.h>
 13 #include<netinet/in.h>
 14 #include<arpa/inet.h>
 15 #include<sys/time.h>
 16 #include<unistd.h>
 17 
 18 #define LEN 1024
 19 const int PORT = 8080;
 20 const char* IP = "127.0.0.1";
 21 struct sockaddr_in server;
 22 int clientSock;
 23 char buf[LEN];
 24 
 25 int main()
 26 {
 27     clientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 28     if(clientSock < 0)
 29     {
 30         perror("socket");
 31         exit(1);
 32     }
 33 
 34     server.sin_family = AF_INET;
 35     server.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);
 36     server.sin_port = htons(PORT);
 37 
 38     if ( connect(clientSock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0)
 39     {
 40         perror("connect");
 41         exit(2);
 42     }
 43 
 44     while(1)
 45     {linux高性能服务器编程之poll
 46         memset(buf, ‘\0‘, LEN);
 47         printf("please input: ");
 48         gets(buf);
 49         write(clientSock, buf, strlen(buf));
 50 
 51         memset(buf, ‘\0‘, LEN);
 52         int ret = read(clientSock, buf, LEN);
 53         buf[ret] = ‘\0‘;
 54         printf("echo: %s\n", buf);  
 55     }
 56 
 57     return 0;
 58 }

Makefile：

1 .PHONY:all                                                                                                                                
  2 all:server client
  3 
  4 server:poll_server.c
  5     gcc -o [email protected] $^ -g
  6 client:poll_client.c
  7     gcc -o [email protected] $^ -g
  8 
  9 .PHONY:clean
 10 clean:
 11     rm -f server client
~

执行结果：

---

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四.总结：

epoll没有reads，writes，exports这三个输入输出型参数，而是用一个pollfd指针来实现这三个参数的功能，所以看上去poll比select更简洁一点。

虽然poll没有文件描述符数量上的限制，但还是存在两个和select一样的缺点，即因为文件描述符是内核管理的，所以在调用poll时会把所有的文件描述符从用户空间拷贝到内核中，当要监测相关文件描述符的状态时，也要在内核中遍历文件描述符集，当要监听的文件描述符集很大时，效率会比较低。

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