Linux 高级 IO：I/O 多路转接之 poll 接口原理与 TCP 服务器实现

前言

本文基于 Linux 高级 IO 技术，深入讲解 I/O 多路转接中的 poll 机制。在 select 版本的基础上进行扩展，介绍 poll 的接口、原理及 TCP 服务器的实现。

一、前置知识

1. select 等待的 fd 数量有限，fd_set 位图只能容纳有限的 1024 个 fd，不支持扩容。
2. select 输入输出参数较多，数据拷贝频率高。每次调用需从用户到内核拷贝关心的 fd，再从内核到用户拷贝就绪的 fd。
3. select 每次调用都需要对关心的 fd 进行事件重置。
4. 用户层需使用第三方数组管理 fd，并进行多次遍历（如重置 rfds、判断 fd 是否在 rfds 中、连接管理器寻找位置等）。
5. 虽然 select 理论上可以等待多个 fd，但随着 fd 增多，数据拷贝、重置和遍历带来的开销增加，效率增长缓慢。
6. 鉴于 select 的硬伤（fd 上限、重置开销），poll 作为第二种多路转接方案被引入。

二、接口和原理讲解

1. poll 返回值 n 为 int 类型：大于 0 代表有 n 个 fd 事件就绪；等于 0 代表超时；小于 0 代表出错。
2. timeout 参数单位为毫秒（ms）。若设置 3 秒超时，应传入 3000。
3. poll 第一个参数是指向 struct pollfd 数组的指针。该结构体包含 fd（文件描述符）、events（关注事件）、revents（就绪事件）。
4. revents 由内核设置。例如读事件就绪设置 POLLIN，写事件就绪设置 POLLOUT。多个事件同时就绪时按位或设置。
5. poll 通过数组大小解决 select 的 fd 上限问题。用户决定数组大小，理论上可支持更多 fd，但受限于内存。
6. poll 接口更简单，无需像 select 那样理解位图含义，超时时间直接传 int 值。
7. poll 解决了 select 的两个硬伤：fd 上限和每次调用需重置事件。struct pollfd 结构使得 events 和 revents 分离，内核只修改 revents，用户下次调用无需重置 events。
8. poll 同样需要遍历确认 fd 事件是否就绪，但在用户层维护更简单。

三、poll 版本的 TCP 服务器

1. 代码框架调整

基于 select 版本代码进行修改。将类名改为 PollServer，管理 fd 的数组改为 struct pollfd _event_fds[fd_num_max]。

#include<iostream>
#include<sys/select.h>
#include<unistd.h>
#include<poll.h>
#include"Log.hpp"
#include"Socket.hpp"
using namespace std;

static const uint16_t defaultport = 8080;
static   fd_num_max = ;
 defaultfd = ;
 non_event = ;

  {
:
    ( port = defaultport) : _port(port) {
         ( i = ; i < fd_num_max; i++) {
            _event_fds[i].fd = defaultfd;
            _event_fds[i].events = non_event;
            _event_fds[i].revents = non_event;
        }
    }
    {
        _listensock.();
        _listensock.(_port);
        _listensock.();
         ;
    }
    ;
    ;
    ;
    ;
    ;
    ~() { _listensock.(); }
:
    Sock _listensock;
     _port;
      _event_fds[fd_num_max];
};