面试题：网络编程中poll机制在移动网络通信应用的原理

Question

请详细阐述poll机制在移动网络通信中的基本工作原理，与select机制相比，poll机制在移动网络场景下有哪些优势？

Answer 1

poll机制在移动网络通信中的基本工作原理

1. 数据结构：
   • poll使用pollfd结构体数组来管理文件描述符集合。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 */
   };
   

   • 每个pollfd结构体实例代表一个文件描述符及其相关的事件设置和返回的实际事件。
2. 注册事件：
   • 应用程序通过填充pollfd数组中的events字段来指定对每个文件描述符感兴趣的事件，如POLLIN（可读事件）、POLLOUT（可写事件）、POLLERR（错误事件）等。
   • 然后将这个pollfd数组传递给poll函数。
3. 内核监测：
   • poll函数调用进入内核后，内核会为每个文件描述符注册事件的回调函数。当文件描述符对应的设备状态发生变化，满足注册的事件条件时，内核会将相应pollfd结构体的revents字段设置为实际发生的事件。
4. 返回结果：
   • poll函数在等待一段时间（可以设置为阻塞等待，也可以设置超时时间）后返回。返回值表示发生事件的文件描述符的数量。
   • 应用程序通过检查pollfd数组中每个元素的revents字段，来确定哪些文件描述符上发生了感兴趣的事件，进而进行相应的处理。

与select机制相比，poll机制在移动网络场景下的优势

1. 可管理文件描述符数量：
   • select：在很多系统中，select所能管理的文件描述符数量受到FD_SETSIZE的限制，通常这个值比较小（例如1024）。在移动网络场景下，如果需要同时处理大量的网络连接（如移动设备作为服务器时），select可能无法满足需求。
   • poll：poll使用pollfd数组来管理文件描述符，理论上对文件描述符数量没有限制（仅受限于系统资源，如内存等）。这使得在移动网络中处理更多的连接成为可能，例如移动设备可能同时与多个周边设备进行蓝牙连接或与多个Wi - Fi客户端进行通信等场景。
2. 数据结构与效率：
   • select：select使用fd_set这种位图结构来管理文件描述符集合。每次调用select时，需要将整个fd_set从用户空间拷贝到内核空间，返回时又要从内核空间拷贝回用户空间。随着文件描述符数量的增加，这种拷贝操作的开销会变得很大。而且，select返回后，应用程序需要遍历整个fd_set来找出哪些文件描述符发生了事件。
   • poll：poll使用pollfd数组，在传递给内核和从内核返回时，数据结构相对简单，拷贝开销相对较小。并且poll返回后，应用程序只需要检查pollfd数组中发生事件的元素，不需要像select那样遍历整个集合，提高了查找发生事件的文件描述符的效率。这在移动网络环境下，资源相对有限（如CPU性能、内存等）的情况下，poll的效率优势更为明显。
3. 事件处理灵活性：
   • select：select对事件的处理相对简单，主要通过FD_READ、FD_WRITE等宏来检查读写等事件。
   • poll：poll可以支持更多类型的事件，如POLLPRI（高优先级可读数据）、POLLHUP（挂起）等。在移动网络中，不同类型的事件可能需要更细致的处理，poll的这种灵活性可以更好地满足移动网络通信中多样化的事件处理需求。例如，当移动网络信号突然中断（类似POLLHUP事件）时，应用程序可以利用poll提供的这种事件处理能力进行更合理的处理，如重新连接等操作。