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select，poll 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。
• revents：poll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. recv 和 send：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、poll与select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：poll的pollfd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。