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详解C++后台开发之多路复用IO模型中的select，poll和epoll函数

ahcoder 2025-02-04 12:35 14 浏览

1.select函数

select函数原型如下：

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *errorfds,struct timeval*timeout);

（1）参数maxfdp是一个整数值，是指集合中所有文件描述符的范围，其值为所有文件描述符的最大值加1。

（2）参数timeout是select的超时时间，这个参数至关重要，它可以使select处于3种状态：若传入参数timeout=NULL，那么select将处于阻塞态，直到监视到文件描述符集合中某个描述符变化为止；如果将参数timeout=0，则select将处于非阻塞状态，不管文件是否变化，有变化返回一个正值，无变化返回0；如果将参数timeout设置为大于0，即select在timeout时间内阻塞，超时时间之内有事件到来就返回了，否则在超时后不管怎样一定返回，超时返回0，有变化返回一个正值。

（3）readfds，writefds和errorfds表示分别指向fd_set 描述符集合的指针，分别监视描述符集合中描述符的读，写和异常变化。

fd_set 结构可以理解为一个fd的集合，其宏定义的控制函数如下所示：

fd_set set;

FD_ZERO(&set); /*将set清零*/

FD_SET(fd, &set); /*将fd加入set */

FD_CLR(fd, &set); /*将fd从set中清除*/

FD_ISSET;/*如果fd在set中则真，函数返回时，在set中的为变化描述符*/

例子程序：

使用select循环读取键盘输入：

使用select函数提高服务器处理能力：

#include

#define DEFAULT_PORT 6666

int main(int argc,char **argv)

{

int serverfd; //监听fd

int acceptfd; //向客户端传递数据的fd

struct sockaddr_in my_addr;

struct sockaddr_in their_addr;

unsigned int sin_size;

unsigned int myport = 6666;

unsigned int lisnum = 10;

if((serverfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)

{

perror("socket");

return -1;

}

printf("socket OK!\n");

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

bzero(&(my_addr.sin_zero),0);

if(bind(serverfd,(struct sockaddr *)(&my_addr),sizeof(struct sockaddr)) == -1)

{

perror("bind");

return -2;

}

printf("bind OK!\n");

if(listen(serverfd,lisnum) == -1)

{

perror("listen");

return -3

}

fd_set client_fdset;

int maxsock;

struct timeval tv;

int client_sock[5]={0}; //需要监听的客户端fd

bzero((void *)client_sock,sizeof(client_sock));

int connect_cnt = 0;

maxsock = serverfd;

char buff[1024];

int ret;

while(1)

{

FD_ZERO(&client_fdset);

FD_SET(serverfd,&client_fdset);

tv.tv_sec = 30;

tv.tv_usec = 0;

for(int i=0;i<5;i++)

{

if(client_sock[i]!=0)

FD_SET(client_sock[i],&client_fdset);

}

ret = select(maxsock+1,client_fdset,NULL,NULL,tv);

if(ret<0)

{

printf("select error!\n");

break;

}

if(ret==0)

{

printf("time out!\n");

continue;

}

for(int i=0;i

{

if(FD_ISSET(client_sock[i],&client_fdset))

{

ret = recv(client_sock[i],buff,1024,0);

if(ret<0) //如果ret<0表明该客户端已经关闭

{

close(client_sock[i]);

FD_CLR(client_sock[i],client_fdset);

client_sock[i] = 0;

}else{

printf("recv from client[%d]: %s\n",i,buff);

}

}

}

//serverfd描述符变化，表示新的客户端连接进来

if(FD_ISSET(serverfd,&client_fdset))

{

struct sockaddr_in client_addr;

unsigned int size = sizeof(sockaddr_in);

int sock_client = accept(serverfd,(struct sockaddr *)&client_addr,&size);

if(sock_client<0)

perror("accept error!\n");

continue;

}

if(connect_cnt<5)

{

client_sock[connect_cnt++] = sock_client;

bzero(buff,1024);

strcpy(buff,"welcome !\n");

send(sock_client,buff,1024,0);

bzero(buff,1024);

if(sock_client>maxsock)

maxsock = sock_client;

}else{

printf("to much connect_cnt!\n");

break;

}

}

for(int i=0;i<5;i++)

{

if(client_sock[i]!=0)

close(client_sock[i]);

}

close(serverfd);

return 0;

}

2.poll函数

poll函数原型如下：

#include

int poll(struct pollfd fd[], nfds_t nfds, int timeout);

//参数pollfd

struct pollfd

{

int fd; //文件描述符

short events; //请求的事件

short revents; //返回的事件

};

fd：需要监控的fd结构体数组；

nfds：用于标记数组fds中的struct pollfd结构元素的总数量，结合数组长度来理解；

timeout：poll函数调用阻塞的时间，单位是ms。

poll的基本思想和select一致，服务器端poll多路复用代码如下：

#include "main.h"

#define IPADDRESS "127.0.0.1"

#define PORT 6666

#define MAXSIZE 1024

#define LISTENQ 5

#define OPEN_MAX 1000

#define INFTIM -1

int bind_and_listen()

{

struct sockaddr_in my_addr;

int serverfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if(serverfd = -1)

{

perror("socket\n");

return -1;

}

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port = PORT;

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

int ret = bind(serverfd,(struct sockaddr *)(&my_addr),sizeof(struct sockaddr));

if(ret = -1)

{

perror("bind\n");

return -2;

}

if(listen(serverfd,LISTENQ) == -1)

{

perror("listen\n");

return -3;

}

printf("OK!\n");

return serverfd;

}

int main()

{

int serverfd = bind_and_listen();

int max = 1;

int ret = 0;

if(serverfd<0)

return -1;

struct pollfd clientfds[OPEN_MAX];

clientfds[0].fd = serverfd;

clientfds[0].events = POLLIN;

for(int i=1;i

{

clientfds[i].fd = -1;

}

while(1)

{

ret = poll(clientfds,max+1;INFTIM);

if(ret<0)

{

perror("poll");

exit(1);

}

if(clientfds[0].revents & POLLIN) //判断是否有连接

{

socklen_t clientlen = sizeof(sockaddr_in);

int connfd = accept(serverfd,(struct sockaddr*)(&my_addr),&clientlen);

if(connfd == -1)

{

perror("accept error!\n");

exit(1);

}else{

for(int i=0;i

{

if(clientfds[i].fd = -1)

{

clientfds[i].fd = connfd;

clientfds[i].events = POLLIN;

break;

}

}

if(i == OPEN_MAX)

{

printf("to much clients\n");

exit(0);

}

if(i > max-1)

max = i+1;

}

}

for(int i=1;i

{

if(clientfds[i].fd = -1)

continue;

if(clientfds[i].revents & POLLIN)

{

int readlen = read(clientfds[i].fd,buf,MAXSIZE);

if(readlen == 0)//表明该fd已经关闭

{

close(clientfds[i].fd);

clientfds[i].fd = -1;

continue;

}

write(STDOUT_FILENO,buf,readlen);

}

}

}

}

3.epoll函数

epoll的接口非常简单，一共就三个函数：

int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就是会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

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

epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：

EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；

EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；

EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；

第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事，struct epoll_event结构如下：

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 */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

events可以是以下几个宏的集合：

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 Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)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

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

等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

注：需要C/C++ Linux服务器开发学习资料私信“资料”（资料包括C/C++，Linux，golang技术，Nginx，ZeroMQ，MySQL，Redis，fastdfs，MongoDB，ZK，流媒体，CDN，P2P，K8S，Docker，TCP/IP，协程，DPDK，ffmpeg等），免费分享

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