Linux应用编程基础之多路复用：select和poll的简单使用示例

我会带着你远行 2022-06-09 09:58 155阅读 0赞

## 一、基本原理 ##

在linux编程基础中，select和poll的I/O多路转接复用模式是处理I/O复用的一个高效的方法。它可以具体设置程序中每一个所关心的文件描述符的条件、希望等待的时间等，从select()和poll()函数返回时，内核会通知用户已准备好的文件描述符的数量、已准备好的条件等。通过使用select()和poll()函数的返回结果，就可以调用相应的I/O 处理函数。在这种模型下，如果请求的I/O 操作阻塞，且它不是真正阻塞I/O，而是让其中的一个函数等待，在这期间，I/O 还能进行其他操作。

## 二、相关API接口 ##

### 2.1 select函数 ###

**函数原型：**

int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds，fd_set *exeptfds, struct timeval *timeout)

**函数传入值：**

numfds ： 该参数值为需要监视的文件描述符的最大值加1

readfds ： 由select()监视的读文件描述符集合

writefds ：由select()监视的写文件描述符集合

exeptfds ：由select()监视的异常处理文件描述符集合

timeout ： 为NULL时，永远等待，直到捕捉到信号或文件描述符已准备好为止；为具体值时，struct timeval 类型的指针，若等待了timeout 时间还没有检测到任何文件描符准备好，就立即返回；为0时，从不等待，测试所有指定的描述符并立即返回

**函数返回值：**

大于0成功，返回准备好的文件描述符的数目；0时，超时；-1时，出错。

可以看到，select()函数根据希望进行的文件操作对文件描述符进行了分类处理，这里，对文件描述符的处理主要涉及4 个宏函数，这四个函数如下所示：

FD\_ZERO(fd\_set \*set) 清除一个文件描述符集  
FD\_SET(int fd, fd\_set \*set) 将一个文件描述符加入文件描述符集中  
FD\_CLR(int fd, fd\_set \*set) 将一个文件描述符从文件描述符集中清除  
FD\_ISSET(int fd, fd\_set \*set)如果文件描述符fd 为fd\_set 集中的一个元素，则返回非零值，可以用于调用select()之后测试文件描述符集中的文件描述符是否有变化

一般来说，在使用select()函数之前，首先使用FD\_ZERO()和FD\_SET()来初始化文件描述符集，在使用了select()函数时，可循环使用FD\_ISSET()来测试描述符集，在执行完对相关文件描述符的操作之后，使用FD\_CLR()来清除描述符集。另外，select()函数中的timeout 是一个struct timeval 类型的指针，该结构体如下所示：

struct timeval
    {
     long tv_sec; /* 秒 */
     long tv_unsec; /* 微秒 */
    }

可以看出，这个时间结构体的精确度可以设置到微秒级，这对于大多数的应用而言已经足够了。

### 2.2 poll函数 ###

**函数原型：**

int poll(struct pollfd *fds, int numfds, int timeout)

**函数传入值：**  
fds ： struct pollfd 结构的指针，用于描述需要对哪些文件的哪种类型的操作进行监控。这个结构体的原型如下所示：

struct pollfd
    {
     int fd; /* 需要监听的文件描述符 */
     short events; /* 需要监听的事件 */
     short revents; /* 已发生的事件 */
    }

events成员描述需要监听哪些类型的事件，可以用以下几种标志来描述：  
POLLIN：文件中有数据可读，下面实例中使用到了这个标志  
POLLPRI:：文件中有紧急数据可读  
POLLOUT：可以向文件写入数据  
POLLERR：文件中出现错误，只限于输出  
POLLHUP：与文件的连接被断开了，只限于输出  
POLLNVAL：文件描述符是不合法的，即它并没有指向一个成功打开的文件

numfds： 需要监听的文件个数，即第一个参数所指向的数组中的元素数目

timeout ： 表示超时时间，0时立即返回，负数时则永远等待

**函数返回值：**

大于0成功，等于0超时，-1表示出错。

## 三、测试实例 ##

这里分别针对select和poll编写两个测试程序，这两个程序实现的功能是相同的。功能：通过mknod生成三个管道文件，然后向三个管道文件中分别写入数据，通过多路复用的方式把每个管道写入的数据在终端上显示出来。

### 3.1 select实例 ###

具体程序如下：

#include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <sys/select.h>
    #include <sys/time.h>
    #include <unistd.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    
    /* 定义一个宏用来求两个数中的最大值 */
    #define MAX(a, b)	((a) > (b) ? (a) : (b))
    
    /* 定义缓冲区的大小 */
    #define BUFFER_SIZE		512
    
    /* 程序的入口函数 */
    int main(int argc, char *argv[])
    {
    	int fd0, fd1, fd2, max_fd;
    	fd_set read_set, tmp_set;
    	char buf[BUFFER_SIZE];
    	int ret, read_len;
    
    	/* 打开三个文件 */
    	if((fd0 = open("in0", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    	{
    		printf("open in0 error!\n");
    		return -1;
    	}
    	if((fd1 = open("in1", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    	{
    		printf("open in1 error!\n");
    		return -1;
    	}
    	if((fd2 = open("in2", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    	{
    		printf("open in2 error!\n");
    		return -1;
    	}
    
    	/* 取出三个文件描述符当中最大的一个 */
    	max_fd = MAX(MAX(fd0, fd1), fd2);
    
    	/* 初始化read_set文件描述符集合 */
    	FD_ZERO(&read_set);
    	FD_SET(fd0, &read_set); FD_SET(fd1, &read_set); FD_SET(fd2, &read_set);
    
    	/* 进入循环操作 */
    	while(1)
    	{
    		tmp_set = read_set;
    		/*
    		 *	监视三个文件的读操作，一直等待
    		 *		返回值 : 0 超时 -1 出错 大于0 成功
    		 */
    		ret = select(max_fd + 1, &tmp_set, NULL, NULL, NULL);
    
    		if(ret < 0)		/* 出错 */
    		{
    			printf("select error!\n");
    			return -1;
    		}
    		else if (ret == 0)	/* 超时 */
    		{
    			printf("time out!\n");
    			return 0;
    		}
    		else if(ret > 0)	/* 成功 */
    		{
    			if(FD_ISSET(fd0, &tmp_set))	/* in0 有数据可读 */
    			{
    				memset(buf, 0, BUFFER_SIZE);
    				read_len = read(fd0, buf, BUFFER_SIZE);
    				if(read_len > 0)
    				{
    					buf[read_len] = '\0';
    					printf("Read from in0 : %s\n", buf);
    				}
    			}
    			if(FD_ISSET(fd1, &tmp_set))	/* in1 有数据可读 */
    			{
    				memset(buf, 0, BUFFER_SIZE);
    				read_len = read(fd1, buf, BUFFER_SIZE);
    				if(read_len > 0)
    				{
    					buf[read_len] = '\0';
    					printf("Read from in1 : %s\n", buf);
    				}
    			}
    			if(FD_ISSET(fd2, &tmp_set))	/* in2 有数据可读 */
    			{
    				memset(buf, 0, BUFFER_SIZE);
    				read_len = read(fd2, buf, BUFFER_SIZE);
    				if(read_len > 0)
    				{
    					buf[read_len] = '\0';
    					printf("Read from in2 : %s\n", buf);
    				}
    			}
    		}
    	}
    	
    	return 0;
    }

测试步骤如下：  
![SouthEast][]

![SouthEast 1][]

![SouthEast 2][]

![SouthEast 3][]

![SouthEast 4][]

### 3.2 poll实例 ###

具体程序如下：

#include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <sys/select.h>
    #include <sys/time.h>
    #include <unistd.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <poll.h>
    
    /* 定义缓冲区的大小 */
    #define BUFFER_SIZE		512
    
    /* 程序的入口函数 */
    int main(int argc, char *argv[])
    {
    	struct pollfd fds[3];
    	char buf[BUFFER_SIZE];
    	int i, ret, read_len;
    
    	/* 打开三个文件 */
    	if((fds[0].fd = open("in0", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    	{
    		printf("open in0 error!\n");
    		return -1;
    	}
    	if((fds[1].fd  = open("in1", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    	{
    		printf("open in1 error!\n");
    		return -1;
    	}
    	if((fds[2].fd  = open("in2", O_RDONLY|O_NONBLOCK)) < 0)
    	{
    		printf("open in2 error!\n");
    		return -1;
    	}
    
    	/* 初始化各文件描述符需要监听的事件 */
    	for(i = 0; i < sizeof(fds)/sizeof(fds[0]); i++)
    	{
    		fds[i].events = POLLIN;
    	}
    
    	/* 进入循环操作 */
    	while(1)
    	{
    		/*
    		 *	监视三个文件的读操作，一直等待
    		 *		返回值 : 0 超时 -1 出错 大于0 成功
    		 */
    		ret = poll(fds, sizeof(fds)/sizeof(fds[0]), -1);
    
    		if(ret < 0)		/* 出错 */
    		{
    			printf("poll error!\n");
    			return -1;
    		}
    		else if (ret == 0)	/* 超时 */
    		{
    			printf("time out!\n");
    			return 0;
    		}
    		else if(ret > 0)	/* 成功 */
    		{
    			for(i = 0; i < sizeof(fds)/sizeof(fds[0]); i++)
    			{
    				if(fds[i].revents == POLLIN)	/* 对应文件有数据可读 */
    				{
    					memset(buf, 0, BUFFER_SIZE);
    					read_len = read(fds[i].fd, buf, BUFFER_SIZE);
    					if(read_len > 0)
    					{
    						buf[read_len] = '\0';
    						printf("Read from in%d : %s\n", i, buf);
    					}
    				}
    			}
    		}
    	}
    	
    	return 0;
    }

测试步骤如下：  
![SouthEast][]

![SouthEast 5][]

![SouthEast 6][]

![SouthEast 7][]

![SouthEast 8][]

[SouthEast]: /images/20220609/2eb912ee2301465ca2cf963f36cdb89d.png
[SouthEast 1]: /images/20220609/e40a9723ac9a43ba827af43d416b6def.png
[SouthEast 2]: /images/20220609/89ddc39d406c4614b2038ab25eb89325.png
[SouthEast 3]: /images/20220609/2222ade5fd894e05a6e202db7659fc4a.png
[SouthEast 4]: /images/20220609/abf7aedc77b841df94b7f4b3dfd49a82.png
[SouthEast 5]: /images/20220609/05b685b77c1c47aba22f15a3f12b8aad.png
[SouthEast 6]: /images/20220609/613baaa56b58460e97dc45d3fdee1ff8.png
[SouthEast 7]: /images/20220609/722e4e844cf74f66979ef0e648703cb2.png
[SouthEast 8]: /images/20220609/628ab08919934b3fb944f273295d4d2e.png