Java NIO分析(4): I/O多路复用之poll系统调用

poll系统调用主要解决了select系统调用的2个问题:

  1. 文件描述符数量(fd_setsize = 32)太小, 而且数值是使用宏写死的,这样在32位机器上最大文件描述符数量只有32*32=1024
  2. 文件描述符集(fd_set)这种值-结果参数的api设计不是很好, select系统调用的时候要分别传读set,写set,更多事件不好细分

poll系统调用使用了pollfd数据结构来表示事件数组,没有了fd_setsize的限制,同时支持更多的事件类型

1. pollfd结构

pollfd的结构是:

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struct pollfd {
int fd; // 需要检查的fd
short events; // 该fd感兴趣的事件
short revents; // 该fd当前发生的事件
}

其中事件类型有很多,比如POLLIN代表可读,POLLRDNORM代表普通消息可读,
更多事件可以查看poll事件
相比于select可以更细化的监听事件, 同时分开使用字段来表示事件和结果(events和revents)。

2. poll函数

poll函数的签名如下:

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#include <sys/poll.h>

int poll(struct pollfd *fdarray, unsigned long nfds, int timeout);

其中,第一个参数是指向1个pollfd结构数组的第一个元素的指针,第2个参数是pollfd数组元素的个数,
第三个参数是poll函数返回前等待多长时间,单位是毫秒。

3. poll版echo server实例

使用poll函数来实现echo server, 整个过程依然还是分5步

  1. 新建socket, 用于监听端口
  2. socket的fd绑定端口
  3. socket监听
  4. 初始化pollfd数组
  5. 发起poll系统调用获取所有pollfd,寻找和处理事件
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// Created by cris wang on 2018/6/28.
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#include <sys/poll.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syslimits.h>

int main() {
// 1. 新建tcp流式socket
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd == -1) printf("创建socket失败, error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);

// 2. 绑定端口
unsigned short listenPort = 8090;
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(listenPort);

int on = 1;
if ((setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(int)))) {
exit(1);
}
int bindRet = bind(listenfd, (struct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));
if (bindRet == -1) {
printf("socket绑定地址失败, error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(1);
}

// 3. 监听端口
int listenRet = listen(listenfd, 10);
if (listenRet == -1) printf("socket监听端口失败, error: %s (errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
printf("socket 监听完毕, 地址: 127.0.0.1:%d", listenPort);

// 3. 新建pollfd数组
struct pollfd client[OPEN_MAX];
client[0].fd = listenfd;
client[0].events = POLL_IN;
for (int i = 1; i < OPEN_MAX; i++) {
client[i].fd = -1;
}
int maxi = 0, i = 0, MAXLEN = 1024;
char buf[MAXLEN];

// 4. 使用poll
for (;;) {
int nready = poll(client, (maxi + 1), -1);

if (client[0].revents & POLL_IN) {
// 接受新连接
struct sockaddr_in clientaddr;
int clilen = sizeof(clientaddr);
int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *) &clientaddr, &clilen);

// 找到pollfd数组里第一个可用的pollfd
for (i = 0; i < OPEN_MAX; i++) {
if (client[i].fd < 0) {
client[i].fd = connfd;
break;
}
}

if (i == OPEN_MAX) exit(1);
// 设置fd感兴趣的事件
client[i].events = POLL_MSG;
if (i > maxi) maxi = i;
if (--nready <= 0) continue;
}

for (i = 1; i <= maxi; i++) {
struct pollfd sockfd = client[i];
if (sockfd.fd < 0) continue;

if (sockfd.revents & (POLL_MSG | POLL_ERR)) {
int n = recv(sockfd.fd, buf, MAXLEN, 0);
if (n == 0 || n < 0) {// 0表示连接关闭 <0表示连接重置
close(sockfd.fd);
client[i].fd = -1;
} else write(sockfd.fd, buf, n);

if (--nready < 0) break; // 没有更多的可读fd
}
}
}
}

依然使用好用的nc, 多开几个终端用nc去发消息,程序也能正常处理

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nc localhost 8090

4. poll总结

poll系统调用解决了select的文件描述符限制,但是依然有select留下的性能缺点:

  1. fd数组(不管是fd_set还是pollfd)都要在用户空间内核空间之间来回拷贝
  2. 被监控的fd数组有事件的时候,需要遍历整个数组

下面会谈到终极解决方案epoll.