1 前言
- 在『网络编程专栏』中，有两篇文章都涉及到了使用
select()处理多个socket连接：- 《使用select实现的UDP/TCP组合服务器》
- 《TCP服务器如何使用select处理多客户连接》
- Linux 上的另一个系统调用
poll()，可以和select()完成相同的工作，而且通常认为poll()的效率要高于select()； - 似乎
select()要比poll()更普及一些，这可能是因为在 Linux 内核 2.0 版以前是不支持poll()的，只有select()，直到2.1.13版后才开始既支持select()也支持poll()； - 另一个导致
select()更加普及的原因可能是大多数的应用程序需要同时处理的I/O数量并不是很多，使得对性能的要求不高，其实在大量的I/O处理上，poll()和select()在性能上的差别还是挺大的； - 本文假定读者已经对 socket 编程和
select()函数有基本的理解，有关这方面的知识请自行参考前面提到的两篇文章，本文不再讨论； select()和poll()并不适用于普通文件(指文件系统上的文件)，一个普通文件将永远处于可读或者可写的状态，不管是使用select()还是poll()，都会一直返回；- 通常情况下，
select()和poll()用于socket、管道等，尽管我们在D-Bus的文章中也使用了select()，但实际上D-Bus使用的是socket或者管道，D-Bus只是将其抽象化了； select()和poll()实际上完成的功能非常近似，使用上的差异也不大；- 本文讨论的重点是使用
poll()替代以前使用select()的程序，会介绍poll()的使用方法，以及poll()和select()在编程上的区别，并最终实现一个使用poll()的 TCP 服务器； - 尽管普遍认为
epoll()在处理多连接方面表现更加优异，但epoll()的编程方式与select()和poll()有较大区别，所以本文不会讨论epoll()相关的编程方法；
2 poll() 的基本使用方法
-
poll() 函数的输入参数中有一个结构数组，结构中包含有一个描述符字段，poll() 函数等待在这些描述符上，当结构数组中的任何一个或多个描述符上有事件发生时，该函数将返回；
-
poll() 函数的定义如下：
#include <poll.h> int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); -
struct pollfd的定义struct pollfd { int fd; /* File descriptor to poll. */ short int events; /* Types of events poller cares about. */ short int revents; /* Types of events that actually occurred. */ }; -
在调用
poll()之前，要先初始化fds；fds中的 fd 是要监视的文件描述符，可以是文件、socket、管道、设备等，比较常用的是在一个 TCP 服务器上监视侦听的socket以及与多个客户端之间的连接socket；fds中的 events 是要在这个描述符上监视哪些事件，可监视的事件主要有：POLLIN- 当 socket 上有数据可读时，触发该事件；POLLOUT- 当向 socket 上写入数据不会产生阻塞时，触发该事件；POLLPRI- 当 socket 上有紧急的数据需要读取时，触发该事件；POLLERR- 当 socket 上产生一个异步错误时，触发该事件；POLLHUP- 当 socket 连接已经断开时，触发该事件，该事件仅在输出时有效；POLLNVAL- 无效的请求，通常表示描述符没有打开，触发该事件；- 可以使用 “或” 操作在一个描述符上同时监视多个事件，最常用的监视事件为
PULLIN和POLLOUT，同时监视这两个事件时可以表达为POLLIN | POLLOUT；
revents是实际发生的事件，当poll()返回时会填充该字段，程序通过这个字段可以判断在这个描述符上发生了什么事件；
-
poll()函数的第二个参数nfds是 fds 数组中有效的条目的数量，比如结构数组的 fds 可以容纳的条目最大为 100 个，但只有前 10 个是我们准备监视的描述符，则nfds应该为 10； -
poll()函数的第三个参数timeout是超时时间，调用poll()会进入阻塞，等待被监视的描述符产生事件，如果设置了timeout参数，则阻塞timeout时间后，即便没有产生事件，poll()函数也会返回； -
timeout的时间单位为毫秒；- 将
timeout设为 -1 表示永久等待，直至有事件产生； - 将
timeout设为 0，poll()将立即返回，不管是否有事件产生；
- 将
-
poll()的返回值有三种情况：- 当有事件产生时，
poll()返回一个大于 0 的正整数，表示有多少个文件描述符上有事件产生，程序需要遍历 fds 数组，查看结构中的 revent 字段来判断那个文件描述符上产生了哪些事件； - 当没有事件产生，
poll()仅仅是因为超时返回时，poll()返回 0； - 当出现错误时，
poll()返回 -1，此时，errno 中存放有错误代码，详情可以查看在线手册man 2 poll；
- 当有事件产生时，
-
poll()检测到socket有数据可读时，如果读出的数据长度为 0 时，认为该socket连接已经断开； -
poll() 的返回值有四种可能：
- 0：表示调用超时；
- -1：表示调用失败，errno 中为错误代码；
- 1：表示在被监听的描述符中，只有一个描述符上有事件产生，等待处理；
- 1+：表示在被监听的描述符中，有多个描述符上有等待处理的事件，返回值为等待处理的描述符的数量；
3 poll() 和 select() 在编程上的区别
- 通常情况下，poll() 的代码会比 select() 简单一些；
- 先看一下 select() 编程的代码：
fd_set fds; FD_ZERO(fd_set); FD_SET(500, &fds); struct timeval tv; tv.tv_sec = 5; tv.tv_usec = 0; if (select(501, &fds, NULL, NULL, &tv)) { if (FD_ISSET(500, &fds)) { ... } } - 再看一下完成同样工作的 poll() 编程的代码：
struct pollfd pfd[10]; pfd[0].fd = 500; pfd[0].events = POLLIN; if (poll(&pfd, 1, 5000)) { if (pfd.revents & POLLIN) { ... } } - 看上去显然使用
poll()编程要简单一些； select()在标识文件描述符时使用的位掩码，bit 0表示描述符为 0，bit 1表示描述符为 1，以此类推，当表示某个描述符的 bit 为 1 时，表示这个描述符需要被监视，如果我们仅需要监视数值为 500 的文件描述符，此时，bit 0~499为 0，bit 500为 1；- 所以，在使用
select()时，即便我们只需要监视描述符为 500 的 socket，实际上，仍要检查描述符0~499的位掩码，当所要监视的描述符值比较大时，运行效率肯定会受到影响； - 在使用
select()时，使用三个描述符集来监视读、写和意外事件，当一个描述符既需要监视读又需要监视写时，是需要在两个描述符集中设置相应的描述符的； - 另外，使用
select()监视描述符时，对描述符的最大值是有限制的，在 Linux 下允许的描述符的最大值为 1024，这一点显然也是select()的麻烦之处，当要监视的描述符的值大于 1024 时，将无法使用select()； - 使用
poll()则不需要设置描述符集，而是需要为每一个需要监视的描述符建立一个结构：struct pollfd，这个结构中的 fd 字段指定要监视的描述符，events 字段可以设置多个要监视的事件，如果对一个描述符既要监视其"读"事件，也要监视其"写"事件，只需在这个 events 字段上设置两个事件即可，像下面这段代码...... struct pollfd *fds; ... fds[i].fd = fd; fds[i].events = POLLIN | POLLOUT; ...... - 由此可见，使用
poll()监视描述符不会有最大值不能超过 1024 的限制，在监视效率上也会比select()要高一些； - 在
select()编程中，通常每次调用select()之前需要重新设置描述符集，像下面代码，这段代码中 client_socket 数组中存放着连接到服务器的客户端的 socket，listen_socket 为服务器上正在侦听的 socket：while (1) { FD_ZERO(&readfds); FD_SET(listening_socket, &readfds); max_fd = listening_socket; for (i = 0 ; i < MAX_CLIENTS; i++) { if (client_socket[i] > 0) { FD_SET(client_socket[i], &readfds); } if (client_socket[i] > max_fd) max_fd = client_socket[i]; } rc = select(max_fd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL); ...... } - 但其实
poll()编程中也有类似的困扰，poll()使用一个结构数组struct pollfd *来标识需要监视的描述符及其事件，但当一个客户连接中止时，尽管可以将结构数组中的 fd 字段置为 0，但poll()并不会自动地跳过 fd 字段为 0 的数组项，所以我们在启动poll()之前仍然有必要重新整理整个结构数组，以保证其中没有已经不再使用的描述符，像下面代码段，fds_size 为结构数组 fds 中的有效元素数，从中删除所有的 fd 字段为 0 的元素：...... struct pollfd *fds; ... while ((fds_size > 0) && (fds[fds_size - 1].fd == 0)) fds_size--; if (fds_size > 1) { int i = fds_size - 1; while (i > 0) { if (fds[i - 1].fd == 0) { fds[i - 1].fd = fds[fds_size - 1].fd; fds[i - 1].events = fds[fds_size - 1].events; fds[i - 1].revents = 0; fds[fds_size - 1].fd = 0; while ((fds_size > 0) && (fds[fds_size - 1].fd == 0)) fds_size--; if (fds_size < 2) break; } i--; } } ...... - 在
poll()编程中，当有事件产生时，需要遍历整个结构数组，检查每个数组结构中的 revents 字段，找到需要处理的描述符及其事件，这一点和select()编程类似，select()返回后，需要检查所有被监控的描述符，以找到哪个描述符需要处理；
4 poll() 编程的基本步骤
- 使用
socket()建立需要侦听的 socket； - 使用
setsockopt()设置 socket 为可重复使用； - 使用
ioctl()设置 socket 为非阻塞； - 使用
bind()绑定服务器的地址和端口； - 使用
listen()开始侦听端口；
- 以上步骤和使用
select()编程时一致的；
-
初始化结构数组
struct pollfd *，将服务器侦听 socket 加入到数组中； -
启动
poll()；- 返回 0 表示调用超时，可以重新启动
poll()； - 返回
<0表示poll()出错，errno 中为错误代码； - 返回
>0表示有需要处理的 socket，进行处理；
- 返回 0 表示调用超时，可以重新启动
-
整理结构数组
struct pollfd *，然后再次启动poll()；
5 实例：一个使用 poll() 的 TCP 服务器
-
源程序：poll-server.c(点击文件名下载源程序，建议使用UTF-8字符集)演示了使用 poll() 完成的一个 TCP 服务器；
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编译：
gcc -Wall -g poll-server.c -o poll-server -
运行：
./poll-server -
该程序是一个多进程程序，程序会建立一个服务端进程和若干个(默认为 3 个，由宏 MAX_CONNECTIONS 控制)客户端进程；
-
服务端进程侦听在端口 8888 上，等待客户端进程的连接；
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启动
poll()监视 socket； -
服务端在接受客户端请求后，将新连接的 socket 加入到结构数组中，并向客户端发送一条欢迎信息；
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客户端在连接建立以后向服务端发送一条信息，服务端在收到客户端信息后会将该信息原封不动地发送回客户端；
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客户端判断收到的信息与自己发出的信息一样后，主动关闭连接，然后退出进程；
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服务端发现连接中断后，将从结构数组中删除该失效 socket，然后继续启动
poll()监视 socket； -
服务进程中拦截了 SIGINT 信号，这个信号可以使用
ctrl + c产生，服务进程在收到这个信号后将退出进程； -
主进程监视客户端进程的退出，当所有客户端进程都已退出后，向服务端进程发送 SIGINT 信号，使服务端进程退出，整个程序运行结束。
-
运行截图：
6 结论
poll()和select()编程有很多相似的地方，除了select()使用描述符集而poll()使用结构数组外，其它方面非常相似，对熟悉select()编程的程序员而言，使用poll()替换select()编写服务端程序并不困难；- 在调用
select()之前，需要初始化描述符集，在调用poll()之前，需要初始化结构数组； - 在
select()返回后，需要使用FD_ISSET()遍历描述符集以判断哪个描述符有事件产生，在poll()返回后，需要遍历结构数组中的 revents 字段，以判断哪个描述符有事件产生； - 在接受连接请求、接收、发送数据，判断错误以及连接是否中断方面，使用
select()和poll()是一样的； - 在处理完 select() 的返回后，需要重新初始化描述符集才可以再次调用
select()，在处理完poll()的返回后，需要重新整理结构数组后才可以再次调用poll()。
