6.3 I/O多路复用poll模型
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。
6.3.1 函数原型
#include <poll.h> int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout); |
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参数： l struct pollfd *fds 其中，pollfd结构体定义如下：
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：
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。 l nfds_t nfds 指定fds数组容量 l int timeout 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。 |
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返回值: 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：
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6.3.2外带数据out-of-banddata
带外数据比普通数据具有更高的优先级，TCP没有真正的带外数据，而是提供了一个我们要讨论的紧急模式，TCP将数据放置在套机口发送缓冲区的下一个可用位置，并设置这个连接的TCP紧急指针(urgent pointer)为下一个可用位置，TCP紧急指针有一个比用MSG_OOB标志写入的数据多一个字节的序列号。由于接收端的带外缓冲只有1B所以发送端发送的多字节带外数据只有最后1B被当做带外数据，若接收端TCP连接设置了SO_OOBINLINE选项则带外数据和普通数据一样存放于TCP接收缓冲区中。带外数据的发送与接收可以调用含有MSG_OOB标志的send和recv。sockatmark(int sockfd)可以判断sockfd下一个数据是否含有带外数据，若有就可以调用含有MSG_OOB标志的recv接收带外数据。接收带外数据的方式是带有MSG_OOB的recv接收，那么检测带外数据到来的方法：
1 sockatmark；
2 由于带外数据对于select返回是异常事件所以可以由select返回判断带外数据到来；
3 通过SIG_URG信号处理函数。
发送带外数据的客户端程序： |
#include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <assert.h> #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> int main( int argc, char* argv[] ) { if( argc <= 2 ) { printf( "usage: %s ip_address port_number\n", basename( argv[0] ) ); return 1; } const char* ip = argv[1]; int port = atoi( argv[2] ); struct sockaddr_in server_address; bzero( &server_address, sizeof( server_address ) ); server_address.sin_family = AF_INET; inet_pton( AF_INET, ip, &server_address.sin_addr ); server_address.sin_port = htons( port ); int sockfd = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); assert( sockfd >= 0 ); if ( connect( sockfd, ( struct sockaddr* )&server_address, sizeof( server_address ) ) < 0 ) { printf( "connection failed\n" ); } else { printf( "send oob data out\n" ); const char* oob_data = "abc"; const char* normal_data = "123"; send( sockfd, normal_data, strlen( normal_data ), 0 ); send( sockfd, oob_data, strlen( oob_data ), MSG_OOB );//MSG_OOB标志的send发送带外数据，注意带外数据，接收端的带外缓存只有1B所以只有c是真正的带外数据，同理带MSG_OOB标志的recv能接收带外数据 send( sockfd, normal_data, strlen( normal_data ), 0 );//发送普通数据 } close( sockfd ); return 0; } |
通过带MSG_OOB标志的recv接收数据 |
int main( int argc, char* argv[] ) { … int sock = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); assert( sock >= 0 ); int ret = bind( sock, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) ); … int connfd = accept( sock, ( struct sockaddr* )&client, &client_addrlength ); if ( connfd < 0 ) { printf( "errno is: %d\n", errno ); } else{ char buffer[ BUF_SIZE ]; memset( buffer, '\0', BUF_SIZE ); ret = recv( connfd, buffer, BUF_SIZE-1, 0 ); printf( "got %d bytes of normal data '%s'\n", ret, buffer ); memset( buffer, '\0', BUF_SIZE ); ret = recv( connfd, buffer, BUF_SIZE-1, MSG_OOB );//带MSG_OOB标志的recv函数能接收带外数据 printf( "got %d bytes of oob data '%s'\n", ret, buffer ); memset( buffer, '\0', BUF_SIZE ); ret = recv( connfd, buffer, BUF_SIZE-1, 0 ); printf( "got %d bytes of normal data '%s'\n", ret, buffer ); close( connfd ); } close( sock ); return 0; } |
通过select返回异常事件来检测带外数据到来 |
int main( int argc, char* argv[] ) { … int listenfd = socket( PF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); ret = bind( listenfd, ( struct sockaddr* )&address, sizeof( address ) ); ret = listen( listenfd, 5 ); int connfd = accept( listenfd, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrlength ); if ( connfd < 0 ) { printf( "errno is: %d\n", errno ); close( listenfd ); } char remote_addr[INET_ADDRSTRLEN]; char buf[1024]; fd_set read_fds;//可读事件集合 fd_set exception_fds;//异常事件集合(含有带外数据的事件是异常事件) FD_ZERO( &read_fds );//事件集合清零 FD_ZERO( &exception_fds ); int nReuseAddr = 1; setsockopt( connfd, SOL_SOCKET, SO_OOBINLINE, &nReuseAddr, sizeof( nReuseAddr ) );// while( 1 ) { memset( buf, '\0', sizeof( buf ) ); FD_SET( connfd, &read_fds );//将文件描述符connfd和可读事件集合绑定,由于select内核在线修改事件集合以通知应用程序就绪事件，所以下次select调用前都需要重新绑定 FD_SET( connfd, &exception_fds ); ret = select( connfd + 1, &read_fds, NULL, &exception_fds, NULL );//select无限期等待事件就绪 if ( FD_ISSET( connfd, &read_fds ) ) { //处理可读事件，这里表示客户端发送普通数据到来 ret = recv( connfd, buf, sizeof( buf )-1, 0 ); } else if( FD_ISSET( connfd, &exception_fds ) ) { //处理异常事件，这里表示客户端发送带外数据到来 ret = recv( connfd, buf, sizeof( buf )-1, MSG_OOB );//MSG_OOB标志 } } close( connfd ); close( listenfd ); return 0; } |
<实例>
编写一个echo server程序，功能是客户端向服务器发送信息，服务器接收输出并原样发送回给客户端，客户端接收到输出到终端。
服务器 |
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <errno.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <poll.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <arpa/inet.h> #define IPADDRESS "127.0.0.1" #define PORT 8787 #define MAXLINE 256 #define LISTENQ 5 #define OPEN_MAX 2 #define INFTIM -1 //函数声明 //创建套接字并进行绑定 static int socket_bind(const char* ip,int port); //IO多路复用poll static void do_poll(int listenfd); //处理多个连接 static void handle_connection(struct pollfd *connfds,int num); int main(int argc,char *argv[]){ int listenfd, connfd, sockfd; struct sockaddr_in cliaddr; socklen_t cliaddrlen; listenfd = socket_bind(IPADDRESS,PORT); listen(listenfd,LISTENQ); do_poll(listenfd); return 0; } static int socket_bind(const char* ip,int port){ int listenfd; struct sockaddr_in servaddr; listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if (listenfd == -1){ perror("socket error:"); exit(1); } bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; inet_pton(AF_INET,ip,&servaddr.sin_addr); servaddr.sin_port = htons(port); if (bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) == -1){ perror("bind error: "); exit(1); } return listenfd; } static void do_poll(int listenfd){ int connfd,sockfd; struct sockaddr_in cliaddr; socklen_t cliaddrlen; struct pollfd clientfds[OPEN_MAX]; int maxi; int i; int nready; //添加监听描述符 clientfds[0].fd = listenfd; clientfds[0].events = POLLIN; //初始化客户连接描述符 for (i =1;i < OPEN_MAX;i++) clientfds[i].fd = -1; maxi =0; //循环处理 for ( ; ; ) { //获取可用描述符的个数 nready = poll(clientfds, maxi+1, INFTIM); if (nready == -1) { perror("poll error:"); exit(1); } //测试监听描述符是否准备好 if (clientfds[0].revents & POLLIN) { cliaddrlen = sizeof(cliaddr); //接受新的连接 if ((connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&cliaddrlen)) == -1) { if (errno == EINTR) continue; else { perror("accept error:"); exit(1); } } fprintf(stdout,"accept a new client: %s:%d\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),cliaddr.sin_port); //将新的连接描述符添加到数组中 for (i =0;i < OPEN_MAX;i++) { if (clientfds[i].fd > 0) { clientfds[i].fd = connfd; break; } } if (i == OPEN_MAX) { fprintf(stderr,"too many clients.\n"); exit(1); } //将新的描述符添加到读描述符集合中 clientfds[i].events = POLLIN; //记录客户连接套接字的个数 maxi = (i > maxi ? i : maxi); if (--nready <=maxi) continue; } //处理客户连接 handle_connection(clientfds,maxi); } } static void handle_connection(struct pollfd *connfds,int num) { int i,n; char buf[MAXLINE]; memset(buf,0,MAXLINE); for (i =0;i <= num;i++) { if (connfds[i].fd < 0) continue; //测试客户描述符是否准备好 if (connfds[i].revents & POLLIN) { //接收客户端发送的信息 n = read(connfds[i].fd,buf,MAXLINE); if (n == 0) { close(connfds[i].fd); connfds[i].fd = -1; continue; } // printf("read msg is: "); write(STDOUT_FILENO,buf,n); //向客户端发送buf write(connfds[i].fd,buf,n); } } } |
客户端 |
#include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <poll.h> #include <time.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #define MAXLINE 1024 #define IPADDRESS "127.0.0.1" #define SERV_PORT 8787 #define max(a,b) (a > b) ? a : b static void handle_connection(int sockfd); int main(int argc,char *argv[]) { int sockfd; struct sockaddr_in servaddr; sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); inet_pton(AF_INET,IPADDRESS,&servaddr.sin_addr); connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)); //处理连接描述符 handle_connection(sockfd); return 0; } static void handle_connection(int sockfd) { char sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE]; int maxfdp,stdineof; struct pollfd pfds[2]; int n; //添加连接描述符 pfds[0].fd = sockfd; pfds[0].events = POLLIN; //添加标准输入描述符 pfds[1].fd = STDIN_FILENO; pfds[1].events = POLLIN; for (; ;) { poll(pfds,2,-1); if (pfds[0].revents & POLLIN) { n = read(sockfd,recvline,MAXLINE); if (n == 0) { fprintf(stderr,"client: server is closed.\n"); close(sockfd); } write(STDOUT_FILENO,recvline,n); } //测试标准输入是否准备好 if (pfds[1].revents & POLLIN) { n = read(STDIN_FILENO,sendline,MAXLINE); if (n == 0) { shutdown(sockfd,SHUT_WR); continue; } write(sockfd,sendline,n); } } } |
程序测试结果
