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I/O模型：用poll实现多路复用I/O（linux下C语言版）

news 2025/10/5 8:23:19

1. 多路复用I/O

1. 在UNIX/Linux下主要有4种I/O 模型：阻塞I/O、非阻塞I/O、多路复用I/O、信号驱动I/O，在本文我们主要讲解多路复用I/O

2. 为什么要选择多路复用I/O？

（1）应用程序中同时处理多路输入输出流时，若采用阻塞模式，将得不到预期的目的；

（2）若采用非阻塞模式，对多个输入进行轮询，但又太浪费CPU时间；

（3）若设置多个进程，分别处理一条数据通路，将新产生进程间的同步与通信问题，则会使程序变得更加复杂；

（4）比较好的方法是使用I/O多路复用，其基本思想是：

先构造一张有关文件描述符的表，然后调用一个函数，当这些文件描述符中的一个或多个已准备好进行I/O时，函数才返回，函数返回时告诉进程那个描述符已就绪，可以进行I/O操作。

3. 大致实现步骤：

1. 创建文件描述符的集合/表, 把想要监测的文件描述符加入到集合中

2. 监测集合中是否有事件产生

3. 判断是谁产生了什么事件

4. 处理事件

总之就是调用函数来操作文件描述符，那怎么调函数呢？调什么函数呢？本文我们用poll函数来实现I/O多路复用，让我们一起来看看详细操作吧。

2. poll函数介绍

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

作用: 监测集合中是否有事件产生

参数:

fds --- 想要监测的文件描述符集合

struct pollfd {

int fd; /* file descriptor */

short events; /* requested events */

POLLIN -- 读事件 POLLOUT- 写事件

short revents; /* returned events */

};

nfds --- 要监测的文件描述符个数

timeout --- 超时设置，单位毫秒， -1:阻塞模式

返回值:

>0: 有事件产生

=0: 有超时设置，且再设定的实践范围内没有事件产生返回

-1: 失败，并设置errno

3. 举例实现select函数的I/O多路复用

这里我们举两个例子来用select实现I/O多路复用

1. 同时检测键盘和鼠标，获取数据来自哪里

2. 在客户端/服务器模型中，服务器同时监测键盘、监听套接字和通信套接字，接收键盘输入的数据、客户端的发送的数据，并打印在终端上

例1：监测来源于键盘和鼠标的数据

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <poll.h>int main(int argc, char *argv[])
{ //0.打开设备int fd = open("/dev/input/mouse0", O_RDONLY);if(0 > fd){perror("open");return -1;}//1.创建文件描述符集合，把想要监测的文件描述符加入集合中struct pollfd fds[2];memset(fds, 0, sizeof(fds));fds[0].fd = 0;    //把键盘加入集合fds[0].events = POLLIN;fds[1].fd = fd;   //把鼠标加入集合fds[1].events = POLLIN;//2.监测是否有事件产生int retval;char buf[1024];while(1){retval = poll(fds, 2, 1000); //以阻塞形式监测if(retval < 0){perror("poll");break;}else if(retval == 0){printf("timeout...\n");continue;}//3.判断是谁产生了事件if(fds[0].revents == POLLIN) //监测一个事件时可用=={//4.处理事件read(0, buf, sizeof(buf));buf[strlen(buf)-1] = '\0';if(strcmp(buf, "exit") == 0)break;printf("Data from keyboard\n");}if(fds[1].revents & POLLIN) //更推荐使用&{//4.处理事件read(fd, buf, sizeof(buf));printf("Data from mouse\n");}}return 0;
}

例2：服务器接收客户端的发送的数据并打印在终端上

（1）server.c

服务器端代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <time.h>
#include <poll.h>int main(int argc, char *argv[])
{ //创建套接字int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket");return -1;}printf("socket create success\n");//绑定本机地址和端口struct sockaddr_in srvaddr;memset(&srvaddr, 0, sizeof(srvaddr));srvaddr.sin_family = AF_INET;srvaddr.sin_port = htons(60621);srvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.2.154");if(0 > bind(sockfd, (struct sockaddr *)&srvaddr, sizeof(srvaddr))){perror("bind");return -1;}printf("bind success\n");//设置监听套接字if(0 > listen(sockfd, 1)){perror("listen");return -1;}printf("listen success\n");//1.创建文件描述符集合，把想要监测的文件描述符加入集合中struct pollfd fds[5]; //创建可装5个文件描述符的集合int m; //将集合进行初始化for(m = 0; m < 5; m++){fds[m].fd = -1; //此时集合位置m空闲，可被使用fds[m].events = 0;fds[m].revents = 0;}fds[0].fd = 0;fds[0].events = POLLIN;fds[1].fd = sockfd;fds[1].events = POLLIN;//2.循环监测是否有事件产生int connfd;char buf[1024];int ret;int n;while(1){int retval = poll(fds, 5, -1);if(retval < 0){perror("poll");break;}//3.判断是谁产生了事件int i = 0;//从0到maxfd遍历所有文件描述符判断是否是i产生事件for(i; i < 5; i++){if(fds[i].revents & POLLIN){if(fds[i].fd == 0) //键盘产生了事件{4.处理事件：打印键盘输入的数据memset(buf, 0, sizeof(buf));read(0, buf, sizeof(buf));buf[strlen(buf)-1] = '\0';if(strcmp(buf, "exit") == 0)return 0;printf("keyboard: %s\n", buf);}else if(sockfd == fds[i].fd)//监听套接字产生了事件{//4.处理事件：接收客户端的连接， 并生成通信套接字connfd = accept(sockfd, NULL, NULL);if(0 > connfd){perror("accept");return -1;}printf("accept success\n");//寻找空位for(n = 0; n < 5; n++){if(fds[n].fd == -1) {fds[n].fd = connfd;fds[n].events = POLLIN;break;}}}else //通信套接字产生了事件{//4.处理事件：与客户端通信，接收客户端的数据并打印,再给客户端发送数据ret = read(fds[n].fd, buf, sizeof(buf));if(0 > ret){perror("recv");break;}else if(0 == ret){printf("client close\n");//从集合中清除通信套接字close(fds[n].fd);fds[n].fd = -1;fds[n].events = 0;fds[n].revents = 0;break;}printf("recv: %s\n", buf);//设置退出条件if(strcmp(buf, "exit") == 0){//从集合中清除通信套接字close(fds[n].fd);fds[n].fd = -1;fds[n].events = 0;fds[n].revents = 0;break;}}}}}//关闭套接字close(sockfd);return 0;
}

（2）client.c

客户端代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>int main(int argc, char *argv[])
{ //创建套接字int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(0 > sockfd){perror("socket");return -1;}printf("socket create success\n");//主动连接服务器struct sockaddr_in srvaddr;memset(&srvaddr, 0, sizeof(srvaddr));srvaddr.sin_family = AF_INET;srvaddr.sin_port = htons(60621);srvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.2.154");if(0 > connect(sockfd, (struct sockaddr *)&srvaddr, sizeof(srvaddr))){perror("connect");return -1;}//与服务器通信：将键盘输入的数据发送给服务器int ret;char buf[1024];while(1){printf("send: ");fgets(buf, sizeof(buf), stdin);buf[strlen(buf)-1] = '\0';if(0 > send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0)){perror("send");break;}//设置退出条件if(strcmp(buf, "exit") == 0)break;}//关闭套接字close(sockfd);return 0;
}