面试题：网络编程中poll函数的工作原理

Question

请详细阐述poll函数在网络编程中的工作原理，包括它的数据结构、如何监听文件描述符集合以及事件触发机制。

Answer 1

1. poll函数的数据结构

poll函数使用pollfd结构体数组来表示要监听的文件描述符集合。pollfd结构体定义如下：

struct pollfd {
    int fd;         /* 文件描述符 */
    short events;   /* 等待的事件 */
    short revents;  /* 发生的事件 */
};

• fd：指定要监听的文件描述符。如果fd为负数，events会被忽略，revents会被清0。
• events：指定该文件描述符上等待的事件，它是一系列事件标志的按位或，如POLLIN（数据可读）、POLLOUT（数据可写）、POLLERR（错误）等。
• revents：由内核在函数返回时设置，指示该文件描述符上实际发生的事件，也是一系列事件标志的按位或。

2. 如何监听文件描述符集合

poll函数的原型为：

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

• fds：指向pollfd结构体数组的指针，该数组包含了要监听的所有文件描述符及其相关信息。
• nfds：fds数组中元素的个数。
• timeout：指定等待事件发生的超时时间，单位为毫秒。如果timeout为0，poll函数立即返回；如果timeout为-1，poll函数将无限期等待，直到有事件发生。

poll函数通过遍历pollfd结构体数组，对每个文件描述符进行监听。内核会检查每个文件描述符上是否发生了在events字段中指定的事件。如果有事件发生，内核会在对应的revents字段中设置相应的事件标志。

3. 事件触发机制

当poll函数被调用时，内核开始检查pollfd数组中每个文件描述符的状态。如果在timeout时间内，某个文件描述符上发生了在events中指定的事件，poll函数将返回。返回值表示发生事件的文件描述符的个数，这些文件描述符的revents字段会被设置为实际发生的事件。

• 如果返回值大于0，说明有文件描述符发生了事件。应用程序可以遍历pollfd数组，检查每个元素的revents字段，以确定具体是哪些文件描述符发生了什么事件。
• 如果返回值为0，表示在timeout时间内没有任何文件描述符发生事件。
• 如果返回值为-1，表示发生了错误，如errno可能被设置为EINTR（被信号中断）、EFAULT（fds指针无效）等，应用程序需要根据errno进行相应处理。

poll函数采用水平触发（Level Triggered, LT）机制。在水平触发模式下，只要文件描述符对应的缓冲区还有未读数据（对于读事件）或者缓冲区还有空间可写（对于写事件），就会一直触发相应的事件。这意味着应用程序需要及时处理事件，以避免多次触发相同的事件。