一、轮询机制概念

在操作系统中，用户态轮询机制是一种等待系统中某个资源就绪的方式，它通常用于非阻塞式I/O操作。这种机制允许用户进程在等待I/O操作完成时继续执行其他任务，而不是一直阻塞等待。用户进程可以使用系统调用将I/O操作请求提交到内核，然后轮询（通过反复检查状态）该请求是否完成。

在用户态轮询机制中，用户进程使用非阻塞式I/O操作来提交请求，然后在请求完成前反复检查请求的状态是否已经就绪。如果请求还未完成，则继续执行其他任务，一旦请求完成，则返回操作系统，并从内核中读取数据。此时，用户进程再次运行，并在需要时再次提交新的I/O请求。

用户态轮询机制的优点在于可以提高系统的吞吐量，因为不需要等待I/O操作完成，可以先执行其他任务。此外，它也可以帮助避免阻塞，从而提高系统的响应能力，因为用户进程可以在I/O操作等待期间继续执行其他任务。但是，它也会消耗更多的CPU时间，因为用户进程需要不断检查I/O请求的状态。

二、Python实现轮询机制

在Python中，实现轮询机制可以使用select模块或更高级别的asyncio库。

使用select模块：

server

[root@localhost python]# cat selectTCP.py 
import select
import socket

host = "192.168.6.211"
port = 8888
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
server.bind((host, port))
server.listen(10)
inputs = [server]

while True:
    ready_for_reading, _, _ = select.select(inputs, [], [])
    for sock in ready_for_reading:
        if sock == server:
            # 如果是server socket，表示有新的客户端连接请求
            client, address = server.accept()
            inputs.append(client)
        else:
            # 如果是client socket，表示有数据可读
            data = sock.recv(1024)
            if data:
                # 处理数据
                print(data)
            else:
                # 关闭socket
                inputs.remove(sock)
                sock.close()

[root@localhost python]# cat tcp_clientTrue.py 
import socket

HOST = '192.168.6.211'
PORT = 8888

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect((HOST, PORT))

message = 'Hello from client!'
client_socket.send(message.encode('utf-8'))

response = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
print(f'Received response from server: {response}')

client_socket.close()

以上示例程序使用select模块实现了一个简单的TCP服务器。在主循环中，程序调用select.select()方法来等待socket的读就绪事件。如果是server socket，表示有新的客户端连接请求；如果是client socket，表示有数据可读。

使用asyncio库：

import asyncio
import socket

host = "192.168.6.1"
port = 8888

async def handle_client(reader, writer):
    while True:
        data = await reader.read(1024)
        if not data:
            # 关闭流
            writer.close()
            break
        # 处理数据
        print(data)

async def run_server():
    # server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # server.bind((host, port))
    # server.listen(10)
    # server.setblocking(False)

    # while True:
    #     client, address = await asyncio.start_server(handle_client, host, port)
    #     asyncio.create_task(handle_client(client))
    server = await asyncio.start_server(handle_client, host, port)
    async with server:
        await server.serve_forever()

asyncio.run(run_server())

[root@localhost python]# cat tcp_clientPC.py 
import socket

HOST = '192.168.6.1'
PORT = 8888

client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
client_socket.connect((HOST, PORT))

message = 'Hello from client!'
client_socket.send(message.encode('utf-8'))

response = client_socket.recv(1024).decode('utf-8')
print(f'Received response from server: {response}')

client_socket.close()

以上示例程序使用asyncio库实现了一个简单的TCP服务器。在主循环中，程序调用asyncio.sock_accept()方法来异步等待客户端连接请求。一旦有客户端连接上，程序创建一个任务来处理客户端数据的读取和处理。在任务中，使用asyncio.sock_recv()方法来异步等待客户端数据的读取。如果没有数据，则关闭socket。

附：报错说明

报错一：

AttributeError: module 'asyncio' has no attribute 'sock_accept'

这个错误可能是因为在Python 3.8及之后的版本中，asyncio模块中的sock_accept方法已经被废弃。可以改用asyncio.start_server()方法来实现异步监听客户端连接请求，并在有新连接时调用回调函数处理客户端数据。

以下是一个使用asyncio.start_server()方法实现的简单TCP服务器示例：

import asyncio
import socket

host = "localhost"
port = 5000

async def handle_client(reader, writer):
    while True:
        data = await reader.read(1024)
        if not data:
            # 关闭流
            writer.close()
            break
        # 处理数据
        pass

async def run_server():
    server = await asyncio.start_server(handle_client, host, port)
    async with server:
        await server.serve_forever()

asyncio.run(run_server())

在上面的示例中，asyncio.start_server()方法会异步监听客户端连接请求，并在有新连接时自动调用handle_client()方法来处理客户端数据。在handle_client()方法内部，代码使用await reader.read()方法来异步等待客户端数据的读取。如果没有数据，则关闭流。asyncio库自动管理流的关闭，因此不需要手动关闭。最后，使用await server.serve_forever()方法来使服务器一直运行下去。

报错二：

ValueError: Neither host/port nor sock were specified

这个错误通常是因为在使用asyncio.start_server()方法时，没有正确指定host和port参数。

以下是一个使用asyncio.start_server()方法实现的简单TCP服务器示例，其中正确指定了host和port参数：

import asyncio

async def handle_client(reader, writer):
    while True:
        data = await reader.read(1024)
        if not data:
            # 关闭流
            writer.close()
            break
        # 处理数据
        pass

async def run_server():
    host = "localhost"
    port = 5000
    server = await asyncio.start_server(handle_client, host, port)
    async with server:
        await server.serve_forever()

asyncio.run(run_server())

在上面的示例中，host和port参数被正确指定为"localhost"和5000，因此不会出现ValueError: Neither host/port nor sock were specified的错误。

报错三：

OSError: [Errno 10048] error while attempting to bind on address ('127.0.0.1', 8888): 通常每个套接字地址(协议/网络地址/端口)只允许使用一次。

这个错误通常是因为在使用asyncio.start_server()方法时，指定的端口已经被占用了。

解决这个问题最简单的方法是使用一个没有被占用的端口。另外，也可以通过以下两种方法解决这个问题：

1. 关闭占用端口的程序或服务：使用lsof -i :端口号命令查看占用该端口的程序或服务，然后结束该程序或服务；
2. 修改使用的端口号：可以使用一个未被占用的端口号替换原来的端口号。

以下是一个修改端口号的示例：

import asyncio

async def handle_client(reader, writer):
    while True:
        data = await reader.read(1024)
        if not data:
            # 关闭流
            writer.close()
            break
        # 处理数据
        pass

async def run_server():
    host = "localhost"
    port = 8889  # 修改为未被占用的端口号
    server = await asyncio.start_server(handle_client, host, port)
    async with server:
        await server.serve_forever()

asyncio.run(run_server())

在上面的示例中，我们将端口号从8888修改为8889，可以避免OSError: [Errno 10048] error while attempting to bind on address ('127.0.0.1', 8888): 通常每个套接字地址(协议/网络地址/端口)只允许使用一次。错误的发生。

报错四：

AttributeError: module 'asyncio' has no attribute 'run'

asyncio.run()是在Python 3.7中引入的新方法，用于运行一个async函数。如果在较早的Python版本中使用asyncio.run()方法，则会出现AttributeError: module 'asyncio' has no attribute 'run'错误。

要解决这个问题，可以采用以下两种方法之一：

1. 将Python版本升级到3.7或更高版本，以便使用asyncio.run()方法。
2. 在较早的Python版本中，使用asyncio.get_event_loop().run_until_complete()方法来运行async函数。

以下是使用第二种方法修改的示例代码：

import asyncio

async def main():
    # 你的async方法代码

if __name__ == '__main__':
    loop = asyncio.get_event_loop()
    loop.run_until_complete(main())

在上面的示例中，我们使用asyncio.get_event_loop().run_until_complete()方法来运行main()async函数，而不是使用asyncio.run()方法。这将解决AttributeError: module 'asyncio' has no attribute 'run'错误。

报错五：

    async with server:
AttributeError: __aexit__

这个错误通常发生在使用一个不支持上下文管理器的对象时，而Python中的async with语法需要对象支持上下文管理器。因此，解决这个问题的方法是检查使用的对象是否支持上下文管理器。

如果使用的对象本身不支持上下文管理器，可以考虑使用其他方法来替代async with语法。例如，使用asyncio.ensure_future()或asyncio.create_task()来运行异步任务，这两个方法都不需要上下文管理器。

如果对象本身支持上下文管理器，但是出现了__aexit__属性缺失的错误，那么可能是因为使用的是Python 3.6及以下版本。在这些版本中，async with语法不支持异步上下文管理器。要解决这个问题，可以考虑升级Python版本或者使用其他方法来实现异步上下文管理器，例如使用async_generator库提供的asynccontextmanager装饰器。