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Linux网络 | 多路转接Poll

article 2025/2/23 4:43:45

前言：本节内容主要讲述多路转接的Poll，这是我们讲解的多路转接中的第二个解决方案。 Poll主要由select修改而来，没有select和后面的Epoll重要，但是友友们还是要认真学习哦！现在废话不多说，开始我们的学习吧！

ps：本节内容之前最好看一下select的知识点哦！

POLL

Poll相较于Select的优点

Pollfd

POLL代码实现

准备文件

Poll_server.hpp

初始化

Start

POLL

Poll相较于Select的优点

其实， select是有一些缺点的。这些缺点导致当select等待的就绪的文件描述符越来越多时，其实效率不会一直提高下去，是一定会有一个临界点的。下面就是select的一些缺点：

1.等待的fd是有上限的。(因为它是使用位图的方式将要关心的文件描述符交给内核。并且位图对应的类型也是固定的。所以select就势必等待的fd是有上限的)
        2.输入输出型参数比较多，数据拷贝的频率比较高.
        3. 输入输出型参数比较多，每一次都要对关心的fd事件进行重置.
        4、使用第三方数组管理用户的fd，用户层需要很多次遍历。内核中检测fd事件就绪，也要遍历.

为了修正select的问题，就有了下一种解决方案: poll。

poll只负责等待，在select的基础上，解决select的两个硬伤:等待fd有上限的问题和输入输出型参数比较多，每次都要对关心的fd进行事件重置的问题。首先返回值，大于零代表有几个文件描述符就绪，等于零代表超时了，小于零代表失败。

第三个参数使用的timeout整形，单位是毫秒。设为1000，就是1秒timeout一次。

重要的是第一个参数，是结构体。第二个参数是nfds_t。pollfd我们可以理解为一个数组，第二个参数可以理解为这个数组中一共有多少个元素。

Pollfd

这个结构体的意思就是，当我们用户向内核交付的时候，就是关心fd的events这个事件。返回的时候，内核就告诉用户，fd的revents这个事件就绪了。

所以， pollfd将输入和输出事件进行了分离。所以，未来要关心多个文件描述符，就传过去多个包含文件描述符的pollfd对象的数组就可以了。以后只需要利用nfds遍历pollfd，检测哪些就绪。

这里的short类型如何表示事件，其实就是位图的原理，利用比特位进行标记。对应比特位代表不同的事件，下面是对应事件的宏：

事件	描述	可作为输入？	可作为输出？
POLLIN	数据（包括普通数据和优先数据）可读	是	是
POLLRDNORN	普通数据可读	是	是
POLLRDBAND	优先级带数据可读	是	是
POLLPRI	高优先级数据可读，比如TCP带外数据	是	是
POLLOUT	数据（包括普通数据和优先数据）可写	是	是
POLLWRNORM	普通数据可写	是	是
POLLWRBAND	优先级带数据可写	是	是
POLLRDHUP	TCP连接被对方关闭，或者对方关闭了写操作。它由GNU引入	是	是
POLLERR	错误	否	是
POLLHUP	挂起。比如管道的写端被关闭后，读端描述符上将收到POLLHUP事件	否	是
POLLNYAL	文件描述符没有打开	否	是

POLL代码实现

准备文件

Poll的文件类似于Select：

由于上一节已经介绍了相关文件，所以本节不再赘述。

Poll_server.hpp

先看整体类定义：

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include "Log.hpp"
#include "Socket.hpp"
#include<poll.h>
#include <sys/time.h>
//以上，需要用到的头文件


int defaultport = 8080;  //设置默认端口号
static const int fd_num_max = 64; // 设置最大fd的个数默认值
int defaultfd = -1                // 辅助数组默认初始值
int non_event = 0;                //一开始没有事件的时候默认设置成零

class PollServer
{
public:
    PollServer
    {


    }
    ~PollServer()
    {
   
    }

    bool Init()
    {

    }

    //
    void Accepter()
    {

    }

    void Recver(int fd, int i)
    {

    }


    //
    void Dispatcher()
    {

    }
    //
    void Start()
    {

    }

    void PrintFd()
    {

    }

private:
    Socket listensock_;
    uint16_t port_;

    pollfd _event_fds[fd_num_max];   //这里可以使用vector

    // int fd_array[fd_num_max];
};

一共有三个成员变量，一个listensock_用来监听新连接。一个port_设置端口号。一个_event_fds就是我们关心的fd。是pollfd类型的。

初始化

初始化，先将pollfd数组里面都设置成默认值，利用定义的全局变量defaultfd和non_event设置。然后启动服务器开始监听。

    PollServer(uint16_t port = defaultport)
    : port_(port)
    {
        // 初始化pollfd数组
        for (int i = 0; i < fd_num_max; i++)
        {
            _event_fds[i].fd = defaultfd;
            _event_fds[i].events = non_event;
            _event_fds[i].revents = non_event;

            // cout << "fd_array[" << i << "]" << " : " << fd_array[i] << endl;
        }
    }
    ~PollServer()
    {
        listensock_.Close();
    }

    bool Init()
    {
        listensock_.InitSocket();
        listensock_.Bind(port_);
        listensock_.Listen();
        return true;
    }

Start

服务器运行的时候，就是循环式的检查_event_fds数组里面有没有需要关心的fd事件就绪了。如果有，那么就进入Dispatcher进行事件派发。如下为Start：

    void Start()
    {
        _event_fds[0].fd = listensock_.Fd();
        _event_fds[0].events = POLLIN;//新连接到来，事件类型等于读事件就绪。 所以这里设置成POLLIN， 表示读事件就绪。
        int timeout = 3000;


        for (;;)
        {
            int n = poll(_event_fds, fd_num_max, timeout);  //第一个数组元素， 第二个数组元素个数
            switch (n)
            {
            case 0:
                cout << "time out, timeout: " << endl;
                break;
            case -1:
                cerr << "poll error" << endl;
                break;
            default:
                // 有时间就绪了,TOOD
                cout << "get a link!!!" << endl;
                Dispatcher(); //事件派发
                break;
            }
        }
    }

事件派发就是因为有事件就绪，但是我们并不能直接定位数组中哪个元素的fd就绪了，所以就要循环检测。如果检测的时候检测到fd的revents是POLLIN，就是就绪了。那么就可以根据不同情况分发不同事件了。有两种情况：一种是fd和监听fd相同，说明来了新连接。就要进入连接管理器。另一种就是来信息了，读取就行了。

    void Dispatcher()
    {
        for (int i = 0; i < fd_num_max; i++)
        {   
            int fd = _event_fds[i].fd;  //得到合法文件描述符
            if (fd == defaultfd) continue;  //这个文件描述符不关心

            //然后根据rfds判断是否fd就绪
            if (_event_fds[i].revents & POLLIN)   //判断就绪
            {
                if (fd == listensock_.Fd())   //如果fd就是当前listensock_的fd， 说明有新连接岛链， 就链接。
                {
                    Accepter();    //链接管理器
                }
                else
                {
                    Recver(fd, i);  //读取管理器
                }
            }
        }
    }

连接管理器进行的操作分两步。第一步：连接。第二步：将fd封装成pollfd类型对象加入到_event_fds数组中。下面就是这个流程：

    void Accepter()
    {
        string clientip;
        uint16_t clientport = 0;
        int sock = listensock_.Accept(&clientip, &clientport);   //此时不会阻塞在这里， 因为新连接到来了我们才accept， 而不是先accept等待新连接到来。
        if (sock < 0) return;
        lg(Info, "accept success, %s: %d, sock fd : %d", clientip.c_str(), clientport, sock);   //链接成功
        //链接成功之后， 就是添加新需要关心的fd进入数组中。
        int pos = 1;
        for (;pos < fd_num_max; pos++)
        {
            if (_event_fds[pos].fd != defaultfd) continue;
            else break;
        }
        if (pos == fd_num_max)   //如果这个条件成立， 就说明pos加到了fd_num_max，而不是遇到了defaultfd。 就说明满了， 就把监听sock关掉。 
        {
            lg(Waring, "server is full, close %d now!", sock);
            close(sock);        

            //这里可以扩容
        }
        else   //遇到了defaultfd, 没满
        {
            _event_fds[pos].fd = sock;    //将defaultfd的位置设置为新连接的fd。
            _event_fds[pos].events = POLLIN;
            _event_fds[pos].revents = non_event;

            PrintFd();
        }
    }

读取管理器就是读取接收缓冲区里面的内容即可。

    void Recver(int fd, int i)
    {
        char buffer[1024];
        ssize_t n = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1); 
        if (n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;

            cout << "get a message: " << buffer << endl;
        }
        else if (n == 0)  //等待超时，
        {
            lg(Info, "client quit, me too, close fd is : %d", fd);
            close(fd);
            _event_fds[i].fd = defaultfd;
        }
        else
        {
            lg(Waring, "recv error: fd is : %d", fd);   
            close(fd);
            _event_fds[i].fd = defaultfd;
        }

    }