在Select的基础上学习poll

1：poll的核心定位

poll 是Linux 下为解决 select 缺陷而设计的 IO 多路复用系统调用。

• 核心能力：一个线程同时监控多个文件描述符（fd），阻塞等待直到有 fd 就绪。
• 设计目标：解决 select 的fd 数量上限、参数必须重置、使用繁琐问题。
• 本质：用结构体数组替代 select 的位图，多路复用逻辑不变，底层实现优化。

2：poll的核心结构体

poll不再使用位图fd_set，而是使用结构体数组管理每个fd

struct pollfd {
    int fd;         // 待监控的文件描述符
    short events;   // 用户→内核：我要监控什么事件（输入）
    short revents;  // 内核→用户：实际发生了什么事件（输出）
};

1：fd

• 要监控的文件描述符（socket fd）。
• fd = -1 ：表示该位置无效，内核会直接忽略这个元素。

2：events

• 输入参数：用户告诉内核「我需要监控这个 fd 的哪些事件」。
• 可通过位运算 同时监控多个事件（如 POLLIN | POLLOUT）。

3：revents

• 输出参数：内核返回给用户「这个 fd 实际发生了哪些事件」。
• 内核只会修改 revents ，不会覆盖 events，这是 poll 不用重置的关键。

3：poll函数原型

#include <poll.h>
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

1：fds

• struct pollfd 结构体数组的首地址。
• 存放所有需要监控的 fd 信息。

2：nfds

• 结构体数组的有效长度（内核需要遍历的元素个数）。
• 不用像 select 一样算 max_fd+1，直接传数组长度即可。

3：timeout

• -1：永久阻塞，直到有 fd 就绪。
• 0：非阻塞，立即返回，只检测当前状态。
• >0：等待指定毫秒数，超时返回 0。

返回值

• >0 ：就绪的文件描述符总数。
• =0：超时，没有任何 fd 就绪。
• =-1：调用失败，错误码存于 errno。

4：poll核心事件类型

poll 支持的事件比 select 丰富，服务器开发只需要重点记 3 个：

1：POLLIN（读就绪）

监听socket：有新客户端连接

已连接socket：接收缓冲区有数据/对端关闭连接

2：POLLOUT（写就绪）

发送缓冲区有空余空间，可以无阻塞send

3：POLLERR（异常就绪）

文件描述符发生错误

5：poll的完整流程

---

6：poll 的就绪条件（和 select 完全一致）

1：读就绪（ POLLIN）

监听socket：有新连接请求

已连接socket：接收缓冲区有数据

已连接socket：对端发送关闭（recv返回0）

2：写写就绪（POLLOUT）

发送缓冲区有空闲空间

非阻塞connect成功/失败

3：异常就绪（POLLERR）

文件描述符发生错误。

7：poll的优缺点

优点（解决了 select 的 3 大硬伤）

• 初始化 pollfd 数组 把数组中所有元素的 fd 置为 -1，标记为无效位置。
• 加入监控 把监听 socket 的 fd 填入数组，设置 events = POLLIN（监控读事件）。
• 调用 poll 内核开始遍历数组，只检查 fd != -1 的元素，阻塞等待就绪。
• 内核标记就绪 内核检测到某个 fd 就绪，就把对应元素的 revents 置为对应事件。
• poll 返回 返回就绪 fd 数量，不会修改 events，不用重置监控集合。
• 用户态遍历 遍历 pollfd 数组，检查 revents 判断哪个 fd 就绪。
• 处理事件监听 fd 就绪 → accept 新连接；普通 fd 就绪 → recv 读数据。
• 循环执行 新连接加入数组，断开连接的 fd 置为 -1，继续循环。

无 fd 数量上限 仅受系统内存限制，不用修改内核，默认可支持上万 fd。 无需重置监控集合 events（输入）和 revents（输出）分离，内核不覆盖用户设置。

缺点（和 select 一样的底层缺陷）

• 内核 O (n) 遍历每次调用都要遍历所有 fd，fd 越多效率越低。
• 用户态→内核态拷贝每次都要拷贝整个 pollfd 数组，fd 数量大时开销高。
• 跨平台差 仅支持 Linux/Unix，Windows 不支持。
  • 使用更简单 不用维护 max_fd，不用位图操作（FD_SET/FD_ZERO）。
  • 事件更灵活支持位运算，可同时监控读、写、异常事件。

8：poll和select的对比

理论点	select	poll
数据结构	位图（fd_set）	结构体数组（pollfd）
fd 数量上限	固定 4096	无上限（内存限制）
参数重置	必须重置位图	无需重置（输入输出分离）
最大 fd 计算	需要算 max_fd+1	不需要，传数组长度
内核遍历效率	O(n)	O(n)
跨平台	全平台支持	仅 Linux/Unix

9：项目级别的Poll的应用

只是在上一篇文章的Select的实现改成了Poll的实现

1：PoolLoop.hpp

#pragma once
#include "EventLoop.hpp"
#include "../connection/Connection.hpp"

#include <vector>
#include <poll.h>
#include <mutex>

class PollLoop : public EventLoop{
public:
    //接口和SelectPoll一样
    bool init() override;
    bool addConnection(Connection* conn) override;
    void run() override;

private:
    std::vector<pollfd> m_pollFds;//poll核心结构体数组
    std::vector<Connection*> m_connections;//储存连接对象的指针,方便管理
    std::mutex mtx;//线程锁
};

2：PollLoop.cpp

#include "PollLoop.hpp"
#include "../../config/Config.hpp"
#include "../log/Logger.hpp"
#include "../connection/Connection.hpp"

#include <iostream>
#include <algorithm>

//事件初始化
bool PollLoop::init()
{
    m_pollFds.clear();
    m_connections.clear();
    LOG_INFO("SelectPool initialized successfully");
    return true;
}

//添加客户端到poll监听
bool PollLoop::addConnection(Connection* conn)
{
    if(conn==nullptr)
    {
        LOG_FATAL("Poll addconnection faild:null connetion pointer");
        return false;
    }

    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    int clientfd= conn->getFd();

    /*struct pollfd {
    int fd;         // 待监控的文件描述符
    short events;   // 用户→内核：我要监控什么事件（输入）
    short revents;  // 内核→用户：实际发生了什么事件（输出）*/
    //浮躁pollfd结构体监听读事件
    pollfd pfd{};
    pfd.fd = clientfd;
    pfd.events = POLLIN;//监听客户端发送的数据

    m_pollFds.push_back(pfd);//加入核心结构体数组
    m_connections.push_back(conn);//加入连接管理队列
    LOG_INFO("PollLoop added connection fd=%d",clientfd);
    return true;
}

//Poll事件循环
void PollLoop::run()
{
    LOG_INFO("PollLoop event loop started %p",pthread_self());

    //保证只打印一次
    bool has_valid_event=true;
    while(true)
    {
        //线程安全拷贝
        std::vector<pollfd> tmpPollFds;
        std::vector<Connection*> tmpConns;

        {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
            tmpPollFds = m_pollFds;
            tmpConns = m_connections;
        }//锁立即释放，无死锁

        //poll系统调用
        //参数1:pollfd数组首地址
        //参数2:数组大小
        //参数3:超时时间(ms)
        //返回值,>0就绪时间总数;==0超时;==-1出错
        int eventnum= poll(tmpPollFds.data(),tmpPollFds.size(),5000);
        if(eventnum<=0)
        {
            continue;
        }
        else
        {
            if(has_valid_event)
            {
                LOG_INFO("Poll Success");
                has_valid_event=false;
            }
        }
        //处理就绪事件
        for(size_t i =0;i<tmpPollFds.size();i++)
        {
            //只处理就绪事件
            if(tmpPollFds[i].revents & POLLIN)
            {
                int ready_fd= tmpPollFds[i].fd;

                //找到对应链接
                for(auto conn:tmpConns)
                {
                    if(conn->getFd()==ready_fd)
                    {
                        //找到了
                        conn->readData();//处理客户端消息
                        break;
                    }
                }
            }
        }
    }
}

3：项目连接

https://github.com/silin-code/study-code/tree/c47bb5ef582a35c62c6f3fe80f214f76659e52f2/Project_TCPServer_Plus