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【Linux C | I/O模型】IO复用 | poll、ppoll函数详解

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🤣本文内容🤣：🍭介绍poll、ppoll函数 🍭
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⏰发布时间⏰：2024-02-02 13:51:20

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🎄一、概述

在Unix / Linux系统中，有五种IO模型：阻塞I/O模型、非阻塞I/O模型、复用式I/O模型、信号驱动式I/O模型、异步I/O模型。其中，复用式I/O模型的实现方式之一就是使用poll函数来阻塞等待内核准备好数据，等数据准备好了之后，再通知应用层的进程调用IO操作函数来获取数据。

在这里插入图片描述

下面将介绍poll函数以及poll函数的使用方法。

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🎄二、poll 函数介绍

poll 函数原型：

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

poll函数与select函数有类似的任务：它等待一组文件描述符中的一个描述符的I/O操作

准备就绪

。需要了解select函数的，可以看文章：IO复用 | select、pselect函数详解。

参数说明：

  • fds：传入传出参数，指向struct pollfd类型数组的首元素，每个数组元素指定一个描述符以及对其关心的状态，关于这个结构体的说明在本小节后面阐述。
  • nfds：指明fds指向的数组元素个数。
  • timeout：该参数指定poll阻塞等待文件描述符就绪的毫秒数。会被四舍五入到系统时钟粒度。这个参数有三种可能： - 1、timeout设置为负数：一直阻塞等待，直到有描述符准备就绪；- 2、timeout设置为 0：不等待，检查描述符后直接返回。- 3、timeout设置为正数：阻塞等待timeout设置的毫秒数，期间有描述符准备就绪就返回，没有就等到时间结束返回。

返回值：成功返回已准备就绪的描述符个数；超时返回0；失败返回-1。

看完上面poll函数的介绍，可以发现，与select不同的是，poll函数不是为每个状态构造一个描述符集，而是构造一个

struct pollfd

结构体的数组，每个数组元素指定一个描述符以及对其关心的状态。当成功返回时，内核也会对该结构体赋值，将准备就绪的描述符和状态给到应用层进程，所以

fds

参数是传入传出参数。

struct pollfd

结构体说明：

structpollfd{int   fd;/* file descriptor */short events;/* requested events */short revents;/* returned events */};

调用时，

fd

表示描述符，

events

字段指明感兴趣的读写事件；
成功返回时，

fd

表示准备就绪描述符，

revents

字段指明准备就绪的描述符的状态。

events

字段、

revents

字段取值如下：
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🎄三、poll 函数使用步骤

poll函数的使用步骤主要分成2步：

  • 1、将我们感兴趣的描述符和事件添加到struct pollfd数组，调用poll 函数并指定超时毫秒数；#definePOLLFDS_NUM10structpollfd pollfds[POLLFDS_NUM];pollfds[0].fd = listenFd;pollfds[0].events = POLLIN;int ret =poll(&pollfd,1,120*1000);
  • 2、查询准备就绪描述符。函数成功返回后，如果返回值大于0，表示准备就绪的描述符个数，需要遍历数组，查看各个元素revents字段表示的事件。if(pollfd[0].revents & POLLIN){...}

在这里插入图片描述

🎄四、poll 函数使用例子

下面使用TCP套接字来演示select的使用例子，如果要执行的话，分别保存服务端、客户端代码为

poll_tcpSer.c

、

poll_tcpCli.c

，然后执行下面代码编译：

gcc poll_tcpSer.c -o ser 
gcc poll_tcpCli.c -o cli

然后先在一个命令行窗口运行服务端

./ser

，再重新打开一个命令行窗口运行客户端

./cli

。下面是服务端的运行结果：
在这里插入图片描述

TCP服务端代码如下：使用poll阻塞等待可读描述符返回。

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>#include<sys/poll.h>#definePOLLFDS_NUM11intpoll_wait(int listenFd,int connFd[10],int connNum){if(connNum >= POLLFDS_NUM){printf("error connNum=%d\n", connNum);return-1;}// 1、准备感兴趣的描述和读事件structpollfd pollfds[POLLFDS_NUM];
    pollfds[0].fd = listenFd;
    pollfds[0].events = POLLIN;int i =0;for(i=0; i<connNum; i++){
        pollfds[1+i].fd = connFd[i];
        pollfds[1+i].events = POLLIN;}int nfds = connNum+1;int ret =poll(pollfds, nfds,120*1000);// 阻塞等待120秒// 2、查询准备就绪描述符if(ret >0)// 即使有多个fd可读，我们也只第一个准备就绪描述符，其他的下次处理{printf("success, Number of descriptors returned is %d\n", ret);for(i=0; i<nfds; i++){if(pollfds[i].revents & POLLIN){return pollfds[i].fd;}}}elseif(ret ==0){printf("poll timeout\n");}return-1;}intdel_connfd(int connFds[10],int connNum,int delFd)// 从connFds数组中删除delFd{int tmpFds[10]={0,};int i =0, index =0;;memcpy(tmpFds, connFds, connNum*sizeof(connFds[0]));for(i=0; i<connNum; i++){if(tmpFds[i]!= delFd){
            connFds[index++]= tmpFds[i];}}return index;}intmain(){// 1、创建TCP套接字socketint sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(sockfd<0){perror("socket error");return-1;}// 2、准备服务端ip和端口structsockaddr_in servaddr;bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port =htons(10086);
    servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 指定ip地址为 INADDR_ANY，这样要是服务器主机有多个网络接口，服务器进程就可以在任一网络接口上接受客户端的连接// 3、绑定 bindif(bind(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){perror("bind error");return-1;}// 4、监听 listenif(listen(sockfd,10)!=0){perror("listen error");return-1;}printf("TcpSer sockfd=%d, start listening\n",sockfd);char recvline[256];int connFds[10];int connNum =0;while(1){int readableFd =poll_wait(sockfd, connFds, connNum);if(readableFd ==-1){return-1;}if(readableFd == sockfd)// 监听描述符可读，使用accept获取客户端套接字{printf("listenFd %d is alread to read, calling accept\n", sockfd);int connfd =accept(sockfd,NULL,NULL);if(connfd <0){perror("accept error");return-1;}
            connFds[connNum]= connfd;
            connNum++;}else// 客户端发数据过来，读取打印{int connfd = readableFd;printf("connfd %d is alread to read\n", connfd);int n =read(connfd, recvline,sizeof(recvline));if(n>0){
                recvline[n]=0;/*null terminate */printf("recv connfd=%d [%s]\n",connfd,recvline);write(connfd,"Hello,I am tcp server",strlen("Hello,I am tcp server"));}printf("close connfd=%d\n",connfd);close(connfd);
            connNum =del_connfd(connFds, connNum, connfd);}}// 7、关闭close(sockfd);return0;}

TCP客户端代码如下，连接服务端后发送数据、读取数据：

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>intmain(){// 1、创建TCP套接字socketint sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(sockfd<0){perror("socket error");return-1;}// 2、准备服务端ip和端口structsockaddr_in servaddr;bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port =htons(10086);if(inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&servaddr.sin_addr)<=0)// 设置本机IP为服务端IPperror("inet_pton error");// 3、连接 connectif(connect(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){perror("connect error");return-1;}// 4、交换数据printf("TcpCli sockfd=%d, send msg\n",sockfd);write(sockfd,"Hello,I am tcp client",strlen("Hello,I am tcp client"));char recvline[256];int n =0;while((n =read(sockfd, recvline,sizeof(recvline)))>0){
        recvline[n]=0;/*null terminate */printf("recv[%s]\n",recvline);}if(n <0)perror("read error");// 5、关闭printf("close fd %d\n",sockfd);close(sockfd);return0;}

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🎄五、ppoll 函数及例子

在Linux系统中还有个

ppoll

函数，其函数原型如下：

#include<sys/poll.h>intppoll(structpollfd*fds,nfds_t nfds,conststructtimespec*timeout_ts,constsigset_t*sigmask);

可以看到，和poll基本差不多，但有下面三个区别：

  • 1、poll函数使用的timeout参数是int表示的毫秒数，而ppoll函数使用struct timespec(以秒或纳秒表示)。
  • 2、poll可以更新timeout参数以指示剩余的时间。ppoll的timeout参数声明为const确保其不会更改此参数。
  • 3、ppoll可以选择使用的信号屏蔽字。若sigmask为空，那么在与信号有关的方面，ppoll的运行状况和poll相同。否则，sigmask指向一信号屏蔽字，在调用ppoll时，以原子操作的方式安装该信号屏蔽字。在返回时恢复以前的信号屏蔽字。

下面将poll函数例子的服务端修改为ppoll函数，且屏蔽掉

ctrl+c

产生的信号，修改后代码如下，客户端还是用前面的客户端即可：

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>#include<sys/poll.h>#include<signal.h>#definePOLLFDS_NUM11intpoll_wait(int listenFd,int connFd[10],int connNum){if(connNum >= POLLFDS_NUM){printf("error connNum=%d\n", connNum);return-1;}// 1、准备感兴趣的描述和读事件structpollfd pollfds[POLLFDS_NUM];
    pollfds[0].fd = listenFd;
    pollfds[0].events = POLLIN;int i =0;for(i=0; i<connNum; i++){
        pollfds[1+i].fd = connFd[i];
        pollfds[1+i].events = POLLIN;}structtimespec timeout;
    timeout.tv_sec =2*60;
    timeout.tv_nsec=0;sigset_t sigmask;sigemptyset(&sigmask);sigaddset(&sigmask, SIGINT);// ctrl + cint nfds = connNum+1;int ret =ppoll(pollfds, nfds,&timeout,&sigmask);// 阻塞等待120秒// 2、查询准备就绪描述符if(ret >0)// 即使有多个fd可读，我们也只第一个准备就绪描述符，其他的下次处理{printf("success, Number of descriptors returned is %d\n", ret);for(i=0; i<nfds; i++){if(pollfds[i].revents & POLLIN){return pollfds[i].fd;}}}elseif(ret ==0){printf("poll timeout\n");}return-1;}intdel_connfd(int connFds[10],int connNum,int delFd)// 从connFds数组中删除delFd{int tmpFds[10]={0,};int i =0, index =0;;memcpy(tmpFds, connFds, connNum*sizeof(connFds[0]));for(i=0; i<connNum; i++){if(tmpFds[i]!= delFd){
            connFds[index++]= tmpFds[i];}}return index;}intmain(){// 1、创建TCP套接字socketint sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);if(sockfd<0){perror("socket error");return-1;}// 2、准备服务端ip和端口structsockaddr_in servaddr;bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port =htons(10086);
    servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 指定ip地址为 INADDR_ANY，这样要是服务器主机有多个网络接口，服务器进程就可以在任一网络接口上接受客户端的连接// 3、绑定 bindif(bind(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){perror("bind error");return-1;}// 4、监听 listenif(listen(sockfd,10)!=0){perror("listen error");return-1;}printf("TcpSer sockfd=%d, start listening\n",sockfd);char recvline[256];int connFds[10];int connNum =0;while(1){int readableFd =poll_wait(sockfd, connFds, connNum);if(readableFd ==-1){return-1;}if(readableFd == sockfd)// 监听描述符可读，使用accept获取客户端套接字{printf("listenFd %d is alread to read, calling accept\n", sockfd);int connfd =accept(sockfd,NULL,NULL);if(connfd <0){perror("accept error");return-1;}
            connFds[connNum]= connfd;
            connNum++;}else// 客户端发数据过来，读取打印{int connfd = readableFd;printf("connfd %d is alread to read\n", connfd);int n =read(connfd, recvline,sizeof(recvline));if(n>0){
                recvline[n]=0;/*null terminate */printf("recv connfd=%d [%s]\n",connfd,recvline);write(connfd,"Hello,I am tcp server",strlen("Hello,I am tcp server"));}printf("close connfd=%d\n",connfd);close(connfd);
            connNum =del_connfd(connFds, connNum, connfd);}}// 7、关闭close(sockfd);return0;}

保存为

ppoll_tcpSer.c

，编译运行后，结果如下，

执行完按

ctrl+c

无法结束进程，可以用

kill -9 pid进程号

终止该进程，操作如下：

$ ps aux |grep ser
wkd        514480.00.042121436 pts/12   S+   17:09   0:00 ./ser
wkd        514510.00.1159602092 pts/17   S+   17:10   0:00 grep--color=auto ser
$ kill-951448

或者等待ppoll超时后，会处理ctrl+c的信号的，也就退出了

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🎄六、总结

👉本文先是介绍poll函数，然后介绍使用poll的步骤，并给出了使用poll的C语言例子，最后介绍了ppoll函数并给出C语言使用例子。看完有不懂的，可以留意。

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标签： linux c语言 poll
本文转载自: https://blog.csdn.net/wkd_007/article/details/135984398
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