54 深入解析poll多路复用技术

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一.多路复用 poll

1.1 poll接口

NAME
       poll, ppoll - wait for some event on a file descriptor

SYNOPSIS
       #include <poll.h>

       int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

       #define _GNU_SOURCE         /* See feature_test_macros(7) */
       #include <signal.h>
       #include <poll.h>

       int ppoll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds,
               const struct timespec *tmo_p, const sigset_t *sigmask);

参数说明

• fds是⼀个poll函数监听的结构列表. 每⼀个元素中, 包含了三部分内容: ⽂件描述符, 监听的事件集合, 返回的事件集合.
• nfds表⽰fds数组的⻓度.
• timeout表⽰poll函数的超时时间, 单位是毫秒(ms)

events的取值,对于我们来说,注重看POLLIN和POLLOUT即可,一个可读,一个可写

poll一次可以等待多个fd, fd&&events有效:用户告诉内核,你帮我关心,fd上面的events事件

poll成功返回时,fd&&events有效:用户告诉内核,你要我关心的fd上的events事件,已经就绪了

细节:

1. poll输入和输出参数分离了,所以不用再poll进行重置了,提升效率

2.poll等待的个数,没有上限,与文件描述符所处的数组是动态的对应

其中对应fd<0,不合法的,在内核中,不会关心这些fd的events

---

返回结果

• 返回值⼩于0, 表⽰出错;

• 返回值等于0, 表⽰poll函数等待超时;
• 返回值⼤于0, 表⽰poll由于监听的⽂件描述符就绪⽽返回

1.2 poll的使用

大致用法与select差不多, 且需要注意的细节也差不多

#pragma once

#include <iostream>
#include <memory>
#include <unistd.h>
#include <sys/poll.h>
#include "Socket.hpp"
#include "Log.hpp"

using namespace SocketModule;
using namespace LogModule;

class  PollServer
{
    const static int size = 4096;
    const static int defaultfd = -1;

public:
    PollServer(int port) : _listensock(std::make_unique<TcpSocket>()), _isrunning(false)
    {
        _listensock->BuildTcpSocketMethod(port);
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            _fds[i].fd = defaultfd;
            _fds[i].events = 0;
            _fds[i].revents = 0;
        }
        _fds[0].fd = _listensock->Fd();
        _fds[0].events = POLLIN;
    }
    void Start()
    {
        _isrunning = true;
        while (_isrunning)
        {
            int timeout = 1000; // 1000毫秒 1秒
            int n = poll(_fds, size, -1);
            // rfds: 0000 0000
            switch (n)
            {
            case -1:
                LOG(LogLevel::ERROR) << "poll error";
                break;
            case 0:
                LOG(LogLevel::INFO) << "time out...";
                break;
            default:
                // 有事件就绪,就不仅仅是新连接到来了吧？读事件就绪啊？
                LOG(LogLevel::DEBUG) << "有事件就绪了..., n : " << n;
                Dispatcher(); // 处理就绪的事件啊！
                break;
            }
        }

        _isrunning = false;
    }
    // 事件派发器
    void Dispatcher()
    {
        // 就不仅仅是新连接到来了吧？读事件就绪啊？ // 指定的文件描述符，在rfds里面，就证明该fd就绪了

        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            if (_fds[i].fd == defaultfd)
                continue;
            // fd合法，不一定就绪
            if (_fds[i].revents & POLLIN)
            {
                // fd_array[i] 上面一定是读就绪了
                // listensockfd 新连接到来，也是读事件就绪啊
                // sockfd 数据到来，读事件就绪啊
                if (_fds[i].fd == _listensock->Fd())
                {
                    // listensockfd 新连接到来
                    Accepter();
                }
                else
                {
                    // 普通的读事件就绪
                    Recver(_fds[i].fd,i);
                }
            }

            // if (FD_ISSET(fd_array[i], &wfds))
            // {
            //     // fd_array[i] 上面一定是读就绪了
            // }
        }
    }

    // 链接管理器
    void Accepter()
    {
        InetAddr client;
        int sockfd = _listensock->Accept(&client); // accept会不会阻塞?
        if (sockfd >= 0)
        {
            // 获取新链接到来成功, 然后呢？？能不能直接
            // read/recv()， sockfd是否读就绪，我们不清楚
            // 只有谁最清楚，未来sockfd上是否有事件就绪？select！
            // 将新的sockfd，托管给select！
            // 如何托管? 将新的fd放入辅助数组！
            LOG(LogLevel::INFO) << "get a new link, sockfd: "
                                << sockfd << ", client is: " << client.StringAddr();
            int pos = 0;
            for (; pos < size; pos++)
            {
                if (_fds[pos].fd == defaultfd)
                    break;
            }
            if (pos == size)
            {
                LOG(LogLevel::WARNING) << "select server full";
                close(sockfd);
            }
            else
            {
                _fds[pos].fd = sockfd;
                _fds[pos].events=POLLIN;
            }
        }
    }

    // IO处理器
    void Recver(int fd, int pos)
    {
        char buffer[1024];
        // 我在这里读取的时候，会不会阻塞?
        ssize_t n = recv(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0); // recv写的时候有bug吗？
        if (n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            std::cout << "client say@ " << buffer << std::endl;
        }
        else if (n == 0)
        {
            LOG(LogLevel::INFO) << "clien quit...";
            // 必须先关闭再修改,反了就成为关闭-1了
            close(fd);

            _fds[pos].fd = defaultfd;
        }
        else
        {
            LOG(LogLevel::ERROR) << "recv error";
            // 必须先关闭再修改,反了就成为关闭-1了

            close(fd);
            _fds[pos].fd = defaultfd;
        }
    }
    void PrintFd()
    {
        std::cout << "_fd_array[]: ";
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            if (_fds[i].fd == defaultfd)
                continue;
            std::cout << _fds[i].fd << " ";
        }
        std::cout << "\r\n";
    }
    void Stop()
    {
        _isrunning = false;
    }
    ~PollServer()
    {
    }

private:
    std::unique_ptr<Socket> _listensock;
    bool _isrunning;

    struct pollfd _fds[size];
};

1.3 poll的优点

不同于select使⽤三个位图来表⽰三个fdset的⽅式，poll使⽤⼀个pollfd的指针实现.
• pollfd结构包含了要监视的event和发⽣的event，不再使⽤select"参数-值"传递的⽅式. 接⼝
使⽤⽐select更⽅便.
• poll并没有最⼤数量限制 (但是数量过⼤后性能也是会下降)

1.4 poll的缺点

poll中监听的⽂件描述符数⽬增多时
• 和select函数⼀样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符.
• 每次调⽤poll都需要把⼤量的pollfd结构从⽤⼾态拷⻉到内核中.
• 同时连接的⼤量客⼾端在⼀时刻可能只有很少的处于就绪状态, 因此随着监视的描述符数量的增
⻓, 其效率也会线性下降.