C++
Linux 核心 IO 模型深析：CMake 构建与 Poll 多路转接实现
Linux IO 模型中的多路转接机制通过 poll 接口实现高效文件描述符监听。文章介绍了 poll 函数原型、参数及返回值，对比了其与 select 的差异。结合 CMake 构建工具，展示了如何在 C++ 项目中初始化 pollfd 数组、设置监听事件、处理就绪状态及读写数据。提供了完整的服务器端示例代码，涵盖新连接接受、数据接收及断开处理逻辑，适用于高并发场景下的网络编程开发。
Linux IO 模型中的多路转接机制通过 poll 接口实现高效文件描述符监听。文章介绍了 poll 函数原型、参数及返回值，对比了其与 select 的差异。结合 CMake 构建工具，展示了如何在 C++ 项目中初始化 pollfd 数组、设置监听事件、处理就绪状态及读写数据。提供了完整的服务器端示例代码，涵盖新连接接受、数据接收及断开处理逻辑，适用于高并发场景下的网络编程开发。
**引言：**IO 是 Linux 系统性能的核心瓶颈之一，所有 IO 操作本质上都离不开'等待'与'拷贝'两个关键步骤。在五种经典 IO 模型中，非阻塞 IO 以'轮询'打破传统阻塞限制，多路转接 IO 凭'多文件描述符监听'实现高效等待，二者凭借独特的工作逻辑，成为高并发、低延迟场景的核心选择。
理解：CMake 中输入目标和源文件，可以自己调用 make 生成，更加简化，主流。
使用方法：
# Ubuntu/Debian sudo apt update && sudo apt install cmake -y
# 验证安装（显示版本即成功）
cmake --version
因为 CMake 会产生一堆副文件，避免污染重要目录的源码，比如创建一个名为 build 的目录。
在需要生成的源码同目录下创建 CMakeLists.txt 文件，添加下面的代码内容：
第一行直接复制，第二行和第三行按照对应情况修改即可。
# 最低 CMake 版本要求（根据自己安装的版本调整，比如 3.10）
cmake_minimum_required(VERSION 3.10)
# 项目名（随便取，比如 myapp）
project(myapp)
# 生成可执行文件：可执行文件名为 myapp，编译的源文件是 main.c
add_executable(myapp main.c)
例如：用 cmake 指令调用 CMakeLists.txt 文件会直接生成 makefile 文件，再手动 make 指令。
**如果要生成多个可执行程序：**如果修改了源码，再重新 make /make clean 即可，和之前一样。
#include <poll.h>
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
参数描述：指向结构体 pollfd 类型的指针（管理多个文件描述符可以是 struct pollfd 类型的数组）。
struct pollfd {
int fd; // 要监听的文件描述符（-1 表示忽略此结构体）
short events; // 要监听的事件（输入参数，由程序设置）
short revents; // 实际发生的事件（输出参数，由内核填充）
};
监听事件选项：即 events 由你设置选项，revents 由 poll 调用之后由操作系统给你填写。
| 事件标识 | 含义（events 输入） | 含义（revents 输出） |
|---|---|---|
| POLLIN | 监听'可读'事件 | 该 fd 有数据可读 |
| POLLOUT | 监听'可写'事件 | 该 fd 可写入数据 |
| POLLERR | 无需主动设置 | 该 fd 发生错误 |
| POLLHUP | 无需主动设置 | 该 fd 对应的连接关闭（如 socket 断开） |
| POLLNVAL | 无需主动设置 | fd 无效（如未打开） |
参数描述：数组中有效结构体的数量（必须大于 0），可理解为监听的文件描述符个数。
参数描述：超时时间（单位：毫秒）。>0 最大返回时间；=0 非阻塞立刻返回；=-1 阻塞使用。
（1）只要有事件就绪就会一直通知你，这和 select 通知特点一样
（2）监听个数由用户决定，受限于系统资源，而 select 受限于自身数组
（3）输入和输出分离，而 select 输入输出是合并的
（4）每次调用不需要重新设置监听集合
#define max_num_size 10
struct pollfd fds[max_num_size];
void Initialize_struct() {
for(int i=0; i<max_num_size; i++) {
fds[i].fd = -1;
}
}
先将 listen 套接字添加到关心数组，再根据 poll 的返回值判断是否需要处理新链接。
void Deal() {
// 初始化结构体
Initialize_struct();
// 将 listen 套接字添加到关心结构体
fds[0].fd = _V.Fd();
fds[0].events = POLLIN;
for(;;) {
// 计算关心的个数
int nods = 0;
for(nods=0; nods<max_num_size; nods++) {
if(fds[nods].fd == -1) continue;
else nods++;
}
// 调用 poll
int po = poll(fds, nods, 1000);
// 判断事件
switch (po) {
case 0: {
std::cout << "等待超时" << std::endl;
break;
}
case -1: {
// log_message(LOG_LEVEL_ERROR,__FILE__,__LINE__,"错误码：%d,错误信息：%s",errno,strerror(errno));
break;
}
default: {
// 处理新链接
Handle();
break;
}
}
}
}
遍历关心数组： 如果是 listen 套接字 并且 该套接字准备就绪，就将 accept 返回的文件描述符重新添加到关心数组。 如果不是 listen 套接字 并且 该套接字又准备就绪，说明是读端（只关心了读），可以直接 recv。
void Handle() {
for(int i=0; i<max_num_size; i++) {
// 如果是 listen 套接字且 listen 套接字准备就绪
if(fds[i].fd == _V.Fd() && fds[i].revents & POLLIN) {
Accept();
} else if(fds[i].revents & POLLIN) { // 需要判断该文件描述符的读端是否就绪
Recv(i);
}
}
}
找到下标为 -1 的空余结构体位置，将 accept 返回的进行添加。
void Accept() {
// 获取 accept 文件描述符
int fd = _V.Accept();
// 添加到关心结构体
int i;
for(i=0; i<max_num_size; i++) {
if(fds[i].fd == -1) break;
}
if(i == max_num_size) {
std::cout << "连接数已满" << std::endl;
close(fd);
}
// 添加
fds[i].fd = fd;
fds[i].events = POLLIN;
}
读取对应文件描述符即可。
void Recv(int i) {
char buffer[1024] = {0};
ssize_t d = recv(fds[i].fd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);
if (d > 0) {
buffer[d] = 0;
std::cout << "客户端发送了数据 : ";
std::cout << buffer << std::endl;
} else if (d == 0) {
// 对方断开了连接
close(fds[i].fd);
fds[i].fd = -1; // 关闭当前的文件描述符，并且从数组中删掉
} else {
// 读取错误
close(fds[i].fd);
fds[i].fd = -1;
}
}
首先我们创建 Cmake 文件：
避免垃圾信息干扰当前目录，我们新建一个目录，执行 cmake .. 指令，再执行 make，运行程序。
运行效果：
注意：以下类中，Accept() 为服务器 accept 函数。
// 辅助数组大小
#define max_num_size 10
class Media {
public:
void Install() {
_V.Socket(); // 绑定
_V.Bind(); // 发起连接
_V.Listen();
}
void Initialize_struct() {
for(int i=0; i<max_num_size; i++) {
fds[i].fd = -1;
}
}
void Accept() {
// 获取 accept 文件描述符
int fd = _V.Accept();
// 添加到关心结构体
int i;
for(i=0; i<max_num_size; i++) {
if(fds[i].fd == -1) break;
}
if(i == max_num_size) {
std::cout << "连接数已满" << std::endl;
close(fd);
}
// 添加
fds[i].fd = fd;
fds[i].events = POLLIN;
}
void Recv(int i) {
char buffer[1024] = {0};
ssize_t d = recv(fds[i].fd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);
if (d > 0) {
buffer[d] = 0;
std::cout << "客户端发送了数据 : ";
std::cout << buffer << std::endl;
} else if (d == 0) {
// 对方断开了连接
close(fds[i].fd);
fds[i].fd = -1; // 关闭当前的文件描述符，并且从数组中删掉
} else {
// 读取错误
close(fds[i].fd);
fds[i].fd = -1;
}
}
void Handle() {
for(int i=0; i<max_num_size; i++) {
// 如果是 listen 套接字且 listen 套接字准备就绪
if(fds[i].fd == _V.Fd() && fds[i].revents & POLLIN) {
Accept();
} else if(fds[i].revents & POLLIN) { // 需要判断该文件描述符的读端是否就绪
Recv(i);
}
}
}
void Deal() {
// 初始化结构体
Initialize_struct();
// 将 listen 套接字添加到关心结构体
fds[0].fd = _V.Fd();
fds[0].events = POLLIN;
for(;;) {
// 计算关心的个数
int nods = 0;
for(nods=0; nods<max_num_size; nods++) {
if(fds[nods].fd == -1) continue;
else nods++;
}
// 调用 poll
int po = poll(fds, nods, 1000);
// 判断事件
switch (po) {
case 0: {
std::cout << "等待超时" << std::endl;
break;
}
case -1: {
// log_message(LOG_LEVEL_ERROR,__FILE__,__LINE__,"错误码：%d,错误信息：%s",errno,strerror(errno));
break;
}
default: {
// 处理新链接
Handle();
break;
}
}
}
}
private:
Server _V;
struct pollfd fds[max_num_size];
};
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