UNP编程：42---IO管理（poll函数）

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董哥的黑板报 2021-08-28 14:36:39 博主文章分类：UNP编程 ©著作权

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一、poll函数概念

poll函数类似于select函数，但是接口使用不同
poll函数可用于任何类型的文件描述符

二、struct pollfd结构体

struct pollfd {
    int fd; /* file descriptor to check, or <0 to ignore */
    short events; /* events of interest on fd */
    short revents; /* events that occurred on fd */
};

参数：

fd：文件描述符

events：可以设置为下面表格中值的一个或多个，通过这些值告诉内核文件描述符的哪些事件

revnents：返回时，该成员由内核设置，用于说明每个描述符发生了哪些事件，也是下面表格的取值

events/revents成员值：

前4行测试的是可读性，接下来的3行测试可写性，最后3行则是异常条件

最后3行是由内核在返回时设置的。不能够在events中设置。如果相应条件发生，则在revents中返回它们

表格中已有的几个常值说明：
POLLRDBAND：Linux不支持

POLLPRI：高优先级数据可读（比如TCP的带外数据）

POLLOUT：数据（包括普通数据和优先数据可写）

POLLHUP：挂起。比如管道的写端被关闭后，读端描述符上将收到POLLHUP事件。当一个文件描述符被挂断后，就不能再写该描述符，但是有可能仍然可以从该描述符读到数据

附加表格中没有的常值：
POLLRDHUP（新增的）：TCP连接被对方关闭，或者对方关闭了写操作（events/revents都可以使用）。这个是Linux内核 2.6.17之后新增的，由于是GNU规定的，所以使用这个选项需要在代码的最开始定义“_GNU_SOURCE”

备注：
POLLIN自SVR3实现就存在，早于SVR4中的优先级带，为了向后兼容，该常值继续保留。POLLRDNORM、POLLRDBAND、POLLWRBADN由XOPEN规范定义。它们实际上是将POLLIN事件和POLLOUT事件分的更加细致，以区别对普通数据和优先数据。但Linux并不完全支持它们

POLLIN：可被定义为POLLRDNORM和POLLRDBAND的逻辑或。类似地，POLLOUT等同于POLLWRNORM，前者早于后者

二、poll函数结构

#include <poll.h>
int poll(struct pollfd fdarray[], nfds_t nfds, int timeout);

参数1

与select不同，select是创建文件符集，并将文件符集放入参数2,3,4。poll函数是构建struct pollfd的结构数组，数组中的每个结构含有文件描述符fd和该描述符的特性与条件

一些注意事项：
poll没有更改events成员。这与select不同，select修改其参数以指示哪一个描述符已准备好了

如果我们不再关心某个特定描述符，那么可以把它对应的pollfd结构的fd成员设置为一个负值。poll函数将忽略这样的pollfd结构的events成员，并且poll返回时将它的revents成员的值置为0

SVR4的SVID上显示，poll的第一个参数是struct pollfdfdarray[]，而SVR4手册页上则显示该参数为struct pollfd*fdarray。在C语言中，这两种声明时等价的。我们使用第一种声明是为了重申fdarray指向的是一个结构数组，而不是指向单个结构的指针

参数2

指定了参数1结构体数组的元素

由于历史原因，如何声明nfds参数方面有几种不同的方式：
SVR3将nfds的类型指定为unsigned long，这似乎是太大了

SVR4手册中，poll原型的第二个参数的数据类型为size_t。但在<poll.h>包含的实际原型中，第二个参数的数据类型仍指定为unsigned long

Single UNIX Specification定义了新类型nfds_t，该类型允许实现选择对其合适的类型并隐藏了应用细节

注意：因为poll返回值表示数组中满足事件的项数，所以这种类型必须大得足以保存一个整数

参数3

此参数最后一个参数说明我们想要等待多少时间。如同select一样，有三种不同的情形：

timeout == −1：永远等待。在以下条件下返回：
当所指定的描述符中的一个已准备好返回

捕捉到一个信号返回。如果捕捉到一个信号，则poll返回-1，errno设置为EINTR（大多数系统在<stropts.h>中（POSIX在<poll.h中>）定义了常量INFTIM，其值为-1，也可以用这个常量,Ubuntu似乎还不可以使用）

timeout == 0：不等待。测试所有描述符并立即返回。这是找到多个描述符的状态而不阻塞poll函数的轮询方法

timeout > 0：等待timeout毫秒。在以下条件下返回：
当指定的描述符之一已准备好返回

或指定的时间值已超过时立即返回

如果已超时但是还没有一个描述符准备好，则返回值是0。（如果系统不提供毫秒分辨率，则timeout值取整到最近的支持值）

返回值：

若有描述符就绪，返回就绪的描述符的个数

若超时返回0

出错返回-1

三、poll的注意事项

注意事项①

应当理解文件结束与挂断之间的区别：

如果正在终端输入数据，并键入文件结束字符，那么就会打开POLLIN，于是我们就可以读文件结束指示（ read返回0）

revents中的POLLHUP没有打开。如果正在读调制解调器，并且电话线已挂断，将在revents中将接到POLLHUP通知

注意事项②

与select相同，一个描述符是否阻塞不会影响poll是否阻塞

注意事项③

select和poll的可中断性

中断的系统调用的自动重启是由4.2BSD引入的，但当时select函数是不重启的。这种特性在大多数系统中一直延续了下来，即使指定了SA_RESTART选项也是如此。但是，在SVR4上，如果指定了SA_RESTART，那么select和poll也是自动重启的。为了在将软件移动到SVR4派生的系统上时阻止这一点，如果信号有可能会中断select和poll，就要使用signal_intr函数（见下代码）

本人文章说明的各种实现在接到一信号时都不重启动poll和select，即便使用了SA_RESTART标志也是如此

但是本人博客文章所说明的各种实现在接收到一信号时都不重启poll和select，即便使用了SA_RESTART标志也是如此
Sigfunc *signal_intr(int signo, Sigfunc *func)
{
    struct sigaction act, oact;
    act.sa_handler = func;
    sigemptyset(&act.sa_mask);
    act.sa_flags = 0;
 
#ifdef SA_INTERRUPT
    act.sa_flags |= SA_INTERRUPT;
#endif
 
    if (sigaction(signo, &act, &oact) < 0)
        return(SIG_ERR);
    return(oact.sa_handler);
}

四、针对于网络编程的使用

就TCP和UDP套接字而言，以下条件引起poll返回特定的revent。不幸的是，POSIX在其poll 的定义中留了许多空洞（也就是说有多种方法可返回相同的条件）
- 所有正规TCP数据和所有UDP数据都被认为是普通数据
- TCP的带外数据被认为是优先级带数据
- 当TCP连接的读半部关闭时（譬如收到了一个来自对端的FIN），也被认为是普通数据，随后的读操作将返回0
- TCP连接存在错误既可认为是普通数据，也可认为是错误（POLLERR）。无论哪种情况，随后的读操作将返回-1，并把errno设置成合适的值。这可用于处理诸如接收到RST或发生超时等条件。
- 在监听套接字上有新的连接可用既可认为是普通数据，也可认为是优先级数据。大多数实现视之为普通数据。
- 非阻塞式connect的完成被认为是使相应套接字可写

五、poll比select改进的地方