使用poll实现socket多路复用

1、基本知识

　　poll的机制与select类似，与select在本质上没有多大差别，管理多个描述符也是进行轮询，根据描述符的状态进行处理，但是poll没有最大文件描述符数量的限制。poll和select同样存在一个缺点就是，包含大量文件描述符的数组被整体复制于用户态和内核的地址空间之间，而不论这些文件描述符是否就绪，它的开销随着文件描述符数量的增加而线性增大。

2、poll函数

　　函数格式如下所示：

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

pollfd结构体定义如下：

struct pollfd {

int fd;         /* 文件描述符 */
short events;         /* 等待的事件 */
short revents;       /* 实际发生了的事件 */
} ; 

　　每一个pollfd结构体指定了一个被监视的文件描述符，可以传递多个结构体，指示poll()监视多个文件描述符。每个结构体的events域是监视该文件描述符的事件掩码，由用户来设置这个域。revents域是文件描述符的操作结果事件掩码，内核在调用返回时设置这个域。events域中请求的任何事件都可能在revents域中返回。合法的事件如下：

　　POLLIN 　　　　　　　　有数据可读。

　　POLLRDNORM 　　　　  有普通数据可读。

　　POLLRDBAND　　　　　 有优先数据可读。

　　POLLPRI　　　　　　　　 有紧迫数据可读。

　　POLLOUT　　　　　　      写数据不会导致阻塞。

　　POLLWRNORM　　　　　  写普通数据不会导致阻塞。

　　POLLWRBAND　　　　　   写优先数据不会导致阻塞。

　　POLLMSGSIGPOLL 　　　　消息可用。

　　此外，revents域中还可能返回下列事件：
　　POLLER　　   指定的文件描述符发生错误。

　　POLLHUP　　 指定的文件描述符挂起事件。

　　POLLNVAL　　指定的文件描述符非法。

这些事件在events域中无意义，因为它们在合适的时候总是会从revents中返回。

　　使用poll()和select()不一样，你不需要显式地请求异常情况报告。
　　POLLIN | POLLPRI等价于select()的读事件，POLLOUT |POLLWRBAND等价于select()的写事件。POLLIN等价于POLLRDNORM |POLLRDBAND，而POLLOUT则等价于POLLWRNORM。例如，要同时监视一个文件描述符是否可读和可写，我们可以设置 events为POLLIN |POLLOUT。在poll返回时，我们可以检查revents中的标志，对应于文件描述符请求的events结构体。如果POLLIN事件被设置，则文件描述符可以被读取而不阻塞。如果POLLOUT被设置，则文件描述符可以写入而不导致阻塞。这些标志并不是互斥的：它们可能被同时设置，表示这个文件描述符的读取和写入操作都会正常返回而不阻塞。

　　timeout参数指定等待的毫秒数，无论I/O是否准备好，poll都会返回。timeout指定为负数值表示无限超时，使poll()一直挂起直到一个指定事件发生；timeout为0指示poll调用立即返回并列出准备好I/O的文件描述符，但并不等待其它的事件。这种情况下，poll()就像它的名字那样，一旦选举出来，立即返回。

　　返回值和错误代码
　　成功时，poll()返回结构体中revents域不为0的文件描述符个数；如果在超时前没有任何事件发生，poll()返回0；失败时，poll()返回-1，并设置errno为下列值之一：
　　EBADF　　       一个或多个结构体中指定的文件描述符无效。

　　EFAULTfds　　 指针指向的地址超出进程的地址空间。

　　EINTR　　　　  请求的事件之前产生一个信号，调用可以重新发起。

　　EINVALnfds　　参数超出PLIMIT_NOFILE值。

　　ENOMEM　　     可用内存不足，无法完成请求。

3、测出程序

服务器段：

#include <stdio.h>#include <string.h>#include <poll.h>#include <unistd.h>#include <pthread.h>#include <malloc.h>#include <assert.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include "/usr/include/linux/tcp.h"#define MAX_CONNECT_NUM 50#define MAX_RECEIVE_BUFFER 128typedef struct tag_client_info{<span style="white-space:pre"></span>struct sockaddr addr_info;<span style="white-space:pre"></span>int fd;<span style="white-space:pre"></span>struct tag_client_info *next;}client_info;static pthread_mutex_t mutex;static client_info *pclient_list = NULL;// 这里使用poll函数的原因是需要解决多个I/O阻塞问题static int set_pollfd_list(struct pollfd *pfdlist, int max_fd){<span style="white-space:pre"></span>int i = 0;<span style="white-space:pre"></span>client_info *p = pclient_list;<span style="white-space:pre"></span>while (p != NULL && i < max_fd)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>pfdlist[i].fd = p->fd;<span style="white-space:pre"></span>pfdlist[i].events = POLLIN;<span style="white-space:pre"></span>p = p->next;<span style="white-space:pre"></span>i ++;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>assert(NULL == p);<span style="white-space:pre"></span>return i;}static void remove_client(int index){<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>int i;<span style="white-space:pre"></span>client_info *p,*ptemp;<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_lock(&mutex); <span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>p = pclient_list;<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>if (0 == index)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>pclient_list = p->next;<span style="white-space:pre"></span>close(p->fd);<span style="white-space:pre"></span>free(p);<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_unlock(&mutex); <span style="white-space:pre"></span>return;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>for (i = 0;i < index-1;i ++)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>p = p->next;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>ptemp = p->next;<span style="white-space:pre"></span>p->next = p->next->next;<span style="white-space:pre"></span>close(p->fd);<span style="white-space:pre"></span>free(ptemp);<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_unlock(&mutex); }static void thread_func(){<span style="white-space:pre"></span>int ret;int flag = 0;int total_client;int i;<span style="white-space:pre"></span>char buf[MAX_RECEIVE_BUFFER];<span style="white-space:pre"></span>struct pollfd array_list[MAX_CONNECT_NUM];<span style="white-space:pre"></span>for (i = 0; i < MAX_CONNECT_NUM; i ++)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>memset(&array_list[i], 0, sizeof(struct pollfd));<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>//5.收发<span style="white-space:pre"></span>while (1)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_lock(&mutex); <span style="white-space:pre"></span>if (pclient_list == NULL)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>flag = 1;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>total_client = set_pollfd_list(array_list, MAX_CONNECT_NUM);<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_unlock(&mutex); <span style="white-space:pre"></span>if (flag)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>flag = 0;<span style="white-space:pre"></span>printf("Now, No Client\n");<span style="white-space:pre"></span>sleep(3);<span style="white-space:pre"></span>continue;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>//poll的最后一个参数如果设置为-1，<span style="white-space:pre"></span>//那么可能会因为array_list中阻塞<span style="white-space:pre"></span>//的信号，使新添加的信号得不到响应<span style="white-space:pre"></span>//注意:set_pollfd_list()函数，还未调用<span style="white-space:pre"></span>ret = poll(array_list, total_client, 1000);<span style="white-space:pre"></span>//printf("poll:%d\n" ,ret);<span style="white-space:pre"></span>if (ret < 0)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>perror("poll");<span style="white-space:pre"></span>continue;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>if(ret == 0)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>printf("Time out!\n");<span style="white-space:pre"></span>continue;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>//具体操作<span style="white-space:pre"></span>for (i = 0; i < total_client; i ++)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>if (!array_list[i].fd)<span style="white-space:pre"></span>continue;<span style="white-space:pre"></span>//检测可读TCP连接请求：<span style="white-space:pre"></span>if((array_list[i].revents & POLLIN) == POLLIN)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>//接收数据<span style="white-space:pre"></span>memset(buf, 0, MAX_RECEIVE_BUFFER);<span style="white-space:pre"></span>ret = read(array_list[i].fd, buf, MAX_RECEIVE_BUFFER-1);<span style="white-space:pre"></span>printf("read:%d[%d](%d)->%s\n",total_client ,i ,ret ,buf);<span style="white-space:pre"></span>if (!ret)<span style="white-space:pre"></span>remove_client(i);<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>//检测可写：<span style="white-space:pre"></span>if((array_list[i].revents & POLLOUT) == POLLOUT)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>//发送数据<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>//检测异常：<span style="white-space:pre"></span>if((array_list[i].revents & POLLERR) == POLLERR)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>//异常处理<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>pthread_exit(0);}int main(){<span style="white-space:pre"></span>int i;pthread_t tid;<span style="white-space:pre"></span>//1.创建侦听套接字<span style="white-space:pre"></span>int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);<span style="white-space:pre"></span>if (lfd < 0)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>perror("socket");<span style="white-space:pre"></span>return 0;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>//寻址<span style="white-space:pre"></span>struct sockaddr_in si;<span style="white-space:pre"></span>//设置套接字属性里的重新使用地址属性<span style="white-space:pre"></span>int n = 1;    //这个值用来控制下面设置属性的开关，0表示关，非0启用<span style="white-space:pre"></span>setsockopt(lfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &n, sizeof(int));<span style="white-space:pre"></span>memset(&si, 0, sizeof(struct sockaddr_in));<span style="white-space:pre"></span>si.sin_family = AF_INET;  //这个值为创建套接字时的值<span style="white-space:pre"></span>si.sin_port = htons(6660); //tcp/ip协议内部存储是按大端字节序,所以需转换<span style="white-space:pre"></span>si.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //这个宏存储着本机有效地址//<span style="white-space:pre"></span>si.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //127.0.0.1是一个会换地址//<span style="white-space:pre"></span>si.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.10.208"); <span style="white-space:pre"></span>//2.绑定<span style="white-space:pre"></span>int ret = bind(lfd,(struct sockaddr *)&si, sizeof(si));<span style="white-space:pre"></span>if(ret == -1)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>perror("bind");<span style="white-space:pre"></span>return 0;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>//3.侦听<span style="white-space:pre"></span>listen(lfd, MAX_CONNECT_NUM);  //第二个参数是在接收连接请求时，能够允许等待的请求个数<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>//开线程，处理客户端请求<span style="white-space:pre"></span>if (pthread_create(&tid, NULL, (void *)thread_func, NULL))<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>perror("pthread_create");<span style="white-space:pre"></span>return -1;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>//初始化线程锁<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_init(&mutex,NULL);<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>while(1)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>//4.接收连接请求,返回值是一个建立好的通讯套接字<span style="white-space:pre"></span>struct sockaddr client_socket = {0};<span style="white-space:pre"></span>int addrlen = sizeof(struct sockaddr);<span style="white-space:pre"></span>int cfd = accept(lfd, &client_socket, &addrlen);  //后面2个参数用来保存连接者的地址，以及地址大小<span style="white-space:pre"></span>printf("One Client Connect\n");<span style="white-space:pre"></span>if (-1 == cfd)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>perror("accept");<span style="white-space:pre"></span>return -1;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>client_info *p = (client_info *)malloc(sizeof(client_info));<span style="white-space:pre"></span>if (NULL == p)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>perror("malloc");<span style="white-space:pre"></span>return -1;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span><span style="white-space:pre"></span>memcpy(&p->addr_info, &client_socket, sizeof(client_socket));<span style="white-space:pre"></span>p->fd = cfd;<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_lock(&mutex); <span style="white-space:pre"></span>p->next = pclient_list;<span style="white-space:pre"></span>pclient_list = p;<span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_unlock(&mutex); <span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>/*等待线程结束*/      pthread_join(tid, NULL); <span style="white-space:pre"></span>pthread_mutex_destroy(&mutex);<span style="white-space:pre"></span>//6.关闭套接字<span style="white-space:pre"></span>close(lfd);<span style="white-space:pre"></span>client_info *ptemp = pclient_list;<span style="white-space:pre"></span>while (ptemp)<span style="white-space:pre"></span>{<span style="white-space:pre"></span>pclient_list = pclient_list->next;<span style="white-space:pre"></span>close(ptemp->fd);<span style="white-space:pre"></span>free(ptemp);<span style="white-space:pre"></span>ptemp = pclient_list;<span style="white-space:pre"></span>}<span style="white-space:pre"></span>return 0;}

客户端：

#include <stdio.h>#include <poll.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#define MAX_RECEIVE_BUFFER 128int main(){//1.创建通讯套接字int cfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(cfd < 0){perror("socket");return 0;}//寻址,注意这里是要连接服务器不是绑定自己，所以地址是服务器的地址struct sockaddr_in si;memset(&si, 0, sizeof(si));si.sin_family = AF_INET;si.sin_port = htons(6660);si.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//2.连接int ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&si, sizeof(si));if(ret == -1){perror("connect");return 0;}//3.发收char buf[MAX_RECEIVE_BUFFER];int i;// 这里使用poll函数的原因是需要解决多个I/O阻塞问题struct pollfd arr[2];arr[0].fd = 0;arr[0].events = POLLIN;arr[1].fd = cfd;arr[1].events = POLLOUT;while(1){poll(arr, 2, -1);printf("Input:");scanf("%s", buf);getchar();send(cfd,buf,MAX_RECEIVE_BUFFER,0);}//4.关闭套接字close(cfd);return 0;}