poll 函数 I/O 多路复用的技术

简介: 【4月更文挑战第14天】poll 是另一种在各种 UNIX 系统上被广泛支持的 I/O 多路复用技术,虽然名声没有 select 那么响,能力一点不比 select 差,而且因为可以突破 select 文件描述符的个数限制,在高并发的场景下尤其占优势。

poll 是一种普遍使用的 I/O 多路复用技术,和 select 相比,它和内核交互的数据结构有所变化,另外,也突破了文件描述符的个数限制。


poll 函数的原型:

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


这个函数里面输入了三个参数,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 */
 };


这个结构体由三个部分组成,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。

#define    POLLIN    0x0001    /* any readable data available */
#define    POLLPRI   0x0002    /* OOB/Urgent readable data */
#define    POLLOUT   0x0004    /* file descriptor is writeable */

和 select 非常不同的地方在于,poll 每次检测之后的结果不会修改原来的传入值,而是将结果保留在 revents 字段中,这样就不需要每次检测完都得重置待检测的描述字和感兴趣的事件。我们可以把 revents 理解成“returned events”。


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 */

一般我们在程序里面有 POLLIN 即可。套接字可读事件和 select 的 readset 基本一致,是系统内核通知应用程序有数据可以读,通过 read 函数执行操作不会被阻塞。


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。


以上两大类的事件都可以在“returned events”得到复用。还有另一大类事件,没有办法通过 poll 向系统内核递交检测请求,只能通过“returned events”来加以检测,这类事件是各种错误事件。

#define POLLERR    0x0008    /* 一些错误发送 */
#define POLLHUP    0x0010    /* 描述符挂起*/
#define POLLNVAL   0x0020    /* 请求的事件无效*/

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,描述了 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

poll 函数有一点非常好,如果我们不想对某个 pollfd 结构进行事件检测,可以把它对应的 pollfd 结构的 fd 成员设置成一个负值。这样,poll 函数将忽略这样的 events 事件,检测完成以后,所对应的“returned events”的成员值也将设置为 0。


和 select 函数对比一下,我们发现 poll 函数和 select 不一样的地方就是,在 select 里面,文件描述符的个数已经随着 fd_set 的实现而固定,没有办法对此进行配置;而在 poll 函数里,我们可以控制 pollfd 结构的数组大小,这意味着我们可以突破原来 select 函数最大描述符的限制,在这种情况下,应用程序调用者需要分配 pollfd 数组并通知 poll 函数该数组的大小。


poll 是另一种在各种 UNIX 系统上被广泛支持的 I/O 多路复用技术,虽然名声没有 select 那么响,能力一点不比 select 差,而且因为可以突破 select 文件描述符的个数限制,在高并发的场景下尤其占优势。

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