lv8 嵌入式开发-网络编程开发 16 多路复用poll函数

目录

1 多路复用的多种实现方式

2 poll 

2.1 poll 函数应用

3 epoll 函数族（效率最高）

3.1 epoll_create 创建epoll句柄

3.2 epoll_ctl epoll句柄控制接口

3.3 epoll_wait 等待 epoll 文件描述符上的 I/O 事件 

3.4 epoll 函数应用

1 多路复用的多种实现方式

2 poll 

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);struct pollfd {int d;             /* 文件描述符 */short events;    /* 请求的事件 */short revents;   /* 返回的事件 */
};

 poll() 函数是一个系统调用，用于监视一组文件描述符，等待其中的一个或多个文件描述符变为就绪状态，从而进行读写操作。它与 select() 类似，但 poll() 没有最大文件描述符数量的限制，并且更加高效。以下是参数的含义：

  • fds：指向 pollfd 结构体数组的指针，其中存放了需要监视的文件描述符和每个文件描述符所关注的事件。
  • nfds：文件描述符的数量。
  • timeout：超时时间（单位是毫秒），如果为 0 表示立即返回，如果为 -1 表示永远等待。

poll() 的返回值表示就绪的文件描述符数量，如果返回值为 0，则表示超时。如果返回值为 -1，则表示发生错误，此时可以使用 errno 查看具体的错误信息。

事件类型 events：

  •         POLLIN：有数据可读
  •         POLLPRI：有紧急数据需要读取
  •         POLLOUT: 文件可写
  •          .....

2.1 poll 函数应用

server.c

#include "net.h"
#include <poll.h>#define MAX_SOCK_FD 1024
int main(int argc, char *argv[])
{int i, j, fd, newfd;nfds_t nfds = 1;struct pollfd fds[MAX_SOCK_FD] = {};Addr_in addr;socklen_t addrlen = sizeof(Addr_in);/*检查参数，小于3个 直接退出进程*/Argment(argc, argv);/*创建已设置监听模式的套接字*/fd = CreateSocket(argv);fds[0].fd = fd;fds[0].events = POLLIN;while(1){if( poll(fds, nfds, -1) < 0)ErrExit("poll");for(i = 0; i < nfds; i++){/*接收客户端连接，并生成新的文件描述符*/if(fds[i].fd == fd && fds[i].revents & POLLIN){  //判断服务端的fd是否有数据到来即第0个，并且文件描述符是数据可读，那么再执行把客户端接进来if( (newfd = accept(fd, (Addr *)&addr, &addrlen) ) < 0)perror("accept");fds[nfds].fd = newfd;      //加入检查列表fds[nfds++].events = POLLIN;printf("[%s:%d][nfds=%lu] connection successful.\n", inet_ntoa(addr.sin_addr), ntohs(addr.sin_port), nfds);}/*处理客户端数据*/if(i > 0 && fds[i].revents & POLLIN){   //服务端不算，需要1开始if(DataHandle(fds[i].fd) <= 0){if( getpeername(fds[i].fd, (Addr *)&addr, &addrlen) < 0)perror("getpeername");printf("[%s:%d][fd=%d] exited.\n", inet_ntoa(addr.sin_addr), ntohs(addr.sin_port), fds[i].fd);close(fds[i].fd);for(j=i; j<nfds-1; j++)  //删除检查的目标，等于把后面的数组往前挪1fds[j] = fds[j+1];nfds--;i--;}}}}close(fd);return 0;
}

socket.c

#include "net.h"void Argment(int argc, char *argv[]){if(argc < 3){fprintf(stderr, "%s<addr><port>\n", argv[0]);exit(0);}
}
int CreateSocket(char *argv[]){/*创建套接字*/int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(fd < 0)ErrExit("socket");/*允许地址快速重用*/int flag = 1;if( setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag) ) )perror("setsockopt");/*设置通信结构体*/Addr_in addr;bzero(&addr, sizeof(addr) );addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );/*绑定通信结构体*/if( bind(fd, (Addr *)&addr, sizeof(Addr_in) ) )ErrExit("bind");/*设置套接字为监听模式*/if( listen(fd, BACKLOG) )ErrExit("listen");return fd;
}
int DataHandle(int fd){char buf[BUFSIZ] = {};Addr_in peeraddr;socklen_t peerlen = sizeof(Addr_in);if( getpeername(fd, (Addr *)&peeraddr, &peerlen) )perror("getpeername");int ret = recv(fd, buf, BUFSIZ, 0);if(ret < 0)perror("recv");if(ret > 0){printf("[%s:%d]data: %s\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port), buf);}return ret;
}

net.h

#ifndef _NET_H_
#define _NET_H_#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>typedef struct sockaddr Addr;
typedef struct sockaddr_in Addr_in;
#define BACKLOG 5
#define ErrExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while(0)void Argment(int argc, char *argv[]);
int CreateSocket(char *argv[]);
int DataHandle(int fd);#endif

3 epoll 函数族（效率最高）

/*创建epoll句柄*/
int epoll_create(int size);  //size参数实际上已经被弃用/*epoll句柄的控制接口*/
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);/*等待 epoll 文件描述符上的 I/O 事件*/
int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

3.1 epoll_create 创建epoll句柄

int epoll_create(int size);  //size参数实际上已经被弃用

epoll_create() 函数用于创建一个 epoll 实例，并返回一个与该实例相关联的文件描述符。以下是参数的含义：

  • size：已经被弃用，原本用于指定 epoll 实例的大小，但在内核版本2.6.8之后不再使用。

epoll_create() 的返回值为一个非负整数，表示与 epoll 实例相关联的文件描述符。如果返回值为 -1，则表示创建失败，此时可以使用 errno 查看具体的错误信息。

调用成功后，可以使用返回的文件描述符进行后续的操作，如注册、修改、等待文件描述符上的事件等。

3.2 epoll_ctl epoll句柄控制接口

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll_ctl() 函数用于向 epoll 实例中注册、修改或删除文件描述符的事件。它是 epoll 系统调用的控制接口。以下是参数的含义：

  • epfd：epoll 实例的文件描述符，通过 epoll_create() 创建。
  • op：操作类型，可以是以下几种值之一：
    • EPOLL_CTL_ADD：将文件描述符 fd 添加到 epoll 实例中，并关联一个事件结构。
    • EPOLL_CTL_MOD：修改文件描述符 fd 在 epoll 实例中关联的事件结构。
    • EPOLL_CTL_DEL：从 epoll 实例中移除文件描述符 fd。
  • fd：需要注册、修改或删除的文件描述符。
  • event：指向 struct epoll_event 结构体的指针，用于指定文件描述符关心的事件类型。

epoll_ctl() 的返回值为 0 表示操作成功，-1 表示操作失败，此时可以使用 errno 查看具体的错误信息。

epoll_event结构体

typedef union epoll_data {void *ptr;int fd;__uint32_t u32;__uint64_t u64;
} epoll_data_t;struct epoll_event {__uint32_t events; /* Epoll events 用来描述文件描述符上发生的事件*/epoll_data_t data; /* User data variable 可以用来存储与该事件相关的用户数据信息。*/
};
  • EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端 SOCKET 正常关闭）；
  • EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；
  • EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；
  • EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；
  • EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；
  • EPOLLET ：将 EPOLL 设为边缘触发(Edge Trigger)模式，这是相对于水平触发(Level Trigger)来说的。
  • EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个 socket 的话，需要再次把这个 socket 加入到 EPOLL 队列里

3.3 epoll_wait 等待 epoll 文件描述符上的 I/O 事件 

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events, int maxevents, int timeout);

epoll_wait() 函数用于等待 epoll 实例中的文件描述符上发生事件，它会一直阻塞直到至少有一个文件描述符发生就绪事件。以下是参数的含义：

  • epfd：epoll 实例的文件描述符，通过 epoll_create() 创建。
  • events：指向 struct epoll_event 结构体数组的指针，用于返回触发事件的文件描述符信息。
  • maxevents：表示 events 数组的最大大小，即最多可以返回多少个事件。
  • timeout：超时时间（单位是毫秒），如果为 0 表示立即返回，如果为 -1 表示永远等待。

epoll_wait() 的返回值表示就绪的文件描述符数量，如果返回值为 0，则表示超时。如果返回值为 -1，则表示发生错误，此时可以使用 errno 查看具体的错误信息。在成功返回时，events 数组被填充了触发事件的文件描述符信息。

3.4 epoll 函数应用

server.c

#include "net.h"
#include <sys/epoll.h>#define MAX_SOCK_FD 1024int main(int argc, char *argv[])
{int i, nfds, fd, epfd, newfd;Addr_in addr;socklen_t addrlen = sizeof(Addr_in);struct epoll_event tmp, events[MAX_SOCK_FD] = {};/*检查参数，小于3个 直接退出进程*/Argment(argc, argv);/*创建已设置监听模式的套接字*/fd = CreateSocket(argv);if( (epfd = epoll_create(1)) < 0)  //参数1是无意义得ErrExit("epoll_create");tmp.events = EPOLLIN;tmp.data.fd = fd;if( epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &tmp) )ErrExit("epoll_ctl");while(1) {if( (nfds = epoll_wait(epfd, events, MAX_SOCK_FD, -1) ) < 0)ErrExit("epoll_wait");printf("nfds = %d\n", nfds);for(i = 0; i < nfds; i++) {if(events[i].data.fd == fd){/*接收客户端连接，并生成新的文件描述符*/if( (newfd = accept(fd, (Addr *)&addr, &addrlen) ) < 0)perror("accept");printf("[%s:%d] connection.\n", inet_ntoa(addr.sin_addr), ntohs(addr.sin_port) );tmp.events = EPOLLIN;tmp.data.fd = newfd;if( epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, newfd, &tmp) )ErrExit("epoll_ctl");}else{/*处理客户端数据*/if(DataHandle(events[i].data.fd) <= 0){if( epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_DEL, events[i].data.fd, NULL) )ErrExit("epoll_ctl");if( getpeername(events[i].data.fd, (Addr *)&addr, &addrlen) )perror("getpeername");printf("[%s:%d] exited.\n", inet_ntoa(addr.sin_addr), ntohs(addr.sin_port) );close(events[i].data.fd);}}}}close(epfd);close(fd);return 0;
}

socket.c

#include "net.h"void Argment(int argc, char *argv[]){if(argc < 3){fprintf(stderr, "%s<addr><port>\n", argv[0]);exit(0);}
}
int CreateSocket(char *argv[]){/*创建套接字*/int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(fd < 0)ErrExit("socket");/*允许地址快速重用*/int flag = 1;if( setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &flag, sizeof(flag) ) )perror("setsockopt");/*设置通信结构体*/Addr_in addr;bzero(&addr, sizeof(addr) );addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons( atoi(argv[2]) );/*绑定通信结构体*/if( bind(fd, (Addr *)&addr, sizeof(Addr_in) ) )ErrExit("bind");/*设置套接字为监听模式*/if( listen(fd, BACKLOG) )ErrExit("listen");return fd;
}
int DataHandle(int fd){char buf[BUFSIZ] = {};Addr_in peeraddr;socklen_t peerlen = sizeof(Addr_in);if( getpeername(fd, (Addr *)&peeraddr, &peerlen) )perror("getpeername");int ret = recv(fd, buf, BUFSIZ, 0);if(ret < 0)perror("recv");if(ret > 0){printf("[%s:%d]data: %s\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port), buf);}return ret;
}

net.h

#ifndef _NET_H_
#define _NET_H_#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>typedef struct sockaddr Addr;
typedef struct sockaddr_in Addr_in;
#define BACKLOG 5
#define ErrExit(msg) do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while(0)void Argment(int argc, char *argv[]);
int CreateSocket(char *argv[]);
int DataHandle(int fd);#endif

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