poll方法的基本概念

一、select函数简单回顾

在上篇博客中，我们详细了解了关于select接口的用法，在学习poll函数之前，我们先对select函数的内容做一个简单的回顾：
select优点：
目前几乎在所有的平台上支持，其良好跨平台支持也是它的一个优点
select缺点：
（1）每次调用 select()，都需要把 fd 集合从用户态拷贝到内核态，这个开销在 fd 很多时会很大，同时每次调用 select() 都需要在内核遍历传递进来的所有 fd，这个开销在 fd 很多时也很大。
（2）单个进程能够监视的文件描述符的数量存在最大限制，在 Linux 上一般为 1024，可以通过修改宏定义甚至重新编译内核的方式提升这一限制，但是这样也会造成效率的降低
（3）select函数在每次调用之前都要对参数进行重新设定，这样做比较麻烦，而且会降低性能

二、poll函数的基本概念

1、什么是poll？

select() 和 poll() 系统调用的本质一样，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。

2、函数原型

参数解释：
（1）fds：指向一个结构体数组的第0个元素的指针，每个数组元素都是一个struct pollfd结构，用于指定测试某个给定的fd的条件
（2）nfds：表示fds结构体数组的长度
（3）timeout：表示poll函数的超时时间，单位是毫秒
函数功能：
监视并等待多个文件描述符的属性变化
函数返回值：
（1）返回值小于0，表示出错
（2）返回值等于0，表示poll函数等待超时
（3）返回值大于0，表示poll由于监听的文件描述符就绪返回，并且返回结果就是就绪的文件描述符的个数。

在该函数的第一个参数中，我们知道存放文件描述符的数组中每一个元素都是一个struct pollfd结构，那么pollfd结构到底是什么样的呢？我们来一起了解一下：

3、pollfd结构

结构体内容：

成员变量说明：
（1）fd：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。
（2）events：表示要告诉操作系统需要监测fd的事件（输入、输出、错误），每一个事件有多个取值
（3）revents：revents 域是文件描述符的操作结果事件，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。
events&revents的取值如下：

事件	描述	是否可作为输入（events）	是否可作为输出（revents）
POLLIN	数据可读（包括普通数据&优先数据）	是	是
POLLOUT	数据可写（普通数据&优先数据）	是	是
POLLRDNORM	普通数据可读	是	是
POLLRDBAND	优先级带数据可读（linux不支持）	是	是
POLLPRI	高优先级数据可读，比如TCP带外数据	是	是
POLLWRNORM	普通数据可写	是	是
POLLWRBAND	优先级带数据可写	是	是
POLLRDHUP	TCP连接被对端关闭，或者关闭了写操作，由GNU引入	是	是
POPPHUP	挂起	否	是
POLLERR	错误	否	是
POLLNVAL	文件描述符没有打开	否	是

注意：
每个结构体的 events 域是由用户来设置，告诉内核我们关注的是什么，而 revents 域是返回时内核设置的，以说明对该描述符发生了什么事件

4、socket就绪条件

与select中socket就绪条件一致：
读就绪：

1）socket内核中,接收缓冲区中的字节数,大于等于低水位标记SO_RCVLOWAT. 此时可以无阻塞的读该文件描述符, 并且返回值大于0;
2）socket TCP通信中, 对端关闭连接, 此时对该socket读, 则返回0;
3）监听的socket上有新的连接请求;
4）socket上有未处理的错误;

写就绪：

1）socket内核中, 发送缓冲区中的可用字节数(发送缓冲区的空闲位置大⼩), 大于等于低水位标记 SO_SNDLOWAT, 此时可以无阻塞的写, 并且返回值大于0;
2）socket的写操作被关闭(close或者shutdown). 对一个写操作被关闭的socket进行写操作, 会触发 SIGPIPE信号;
3）socket使⽤非阻塞connect连接成功或失败之后;
4）socket上有未读取的错误;
异常就绪：
socket上收到带外数据.

三、poll函数示例

使用poll函数监控标准输入：
用poll监控标准输入是因为当没有输入的时候，进程就一直处于阻塞状态，当有数据输入时时间就立即就绪，如果监听标准输出，由于写缓冲区比较大，可能一直处于就绪状态，不利于观察。
程序代码：

  1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<poll.h>4 5 int main()6 {7     struct pollfd poll_fd;8     poll_fd.fd=0;9     poll_fd.events=POLLIN;10 11     for(;;)12     {13         int ret=poll(&poll_fd,1,2000);14         if(ret<0)15         {16             perror("poll");17             continue;18         }19         if(ret==0)20         {21             printf("poll timeout!\n");22             continue;23         }24         if(poll_fd.revents==POLLIN)25         {26             char buf[1024];27             read(0,buf,sizeof(buf)-1);28             printf("sdin:%s",buf);29         }30     }31 }

运行结果：
当没有输入时，进程处于阻塞状态（每两秒输出一条poll timeout语句）：

当有输入时，系统会告诉用户事件就绪，进行输入工作，即有输入时就打印到屏幕上：

四、poll函数的优缺点

通过poll函数的结构以及小测试程序的编写，我们不难发现poll函数的一些特点：

1、优点

（1）poll() 不要求开发者计算最大文件描述符加一的大小。
（2）poll() 在应付大数目的文件描述符的时候速度更快，相比于select。
（3）它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。
（4）在调用函数时，只需要对参数进行一次设置就好了

2、缺点

（1）大量的fd的数组被整体复制于用户态和内核地址空间之间，而不管这样的复制是不是有意义。
（2）与select一样，poll返回后，需要轮询pollfd来获取就绪的描述符，这样会使性能下降
（3）同时连接的大量客户端在一时刻可能只有很少的就绪状态，因此随着监视的描述符数量的增长，其效率也会线性下降