🎷 동기 vs. 비동기
호출되는 함수의 작업 완료 여부를 신경쓰는지의 여부
동기: 함수 A가 함수 B를 호출한 뒤, 함수 B의 리턴값을 계속 확인하면서 신경 씀
비동기: 함수 A가 함수 B를 호출할 때 콜백 함수를 함께 전달해서, 함수 B의 작업이 완료되면 함께 보낸 콜백 함수를 실행함
- 함수 A는 함수 B를 호출한 후로 함수 B의 작업 완료 여부는 신경쓰지 않음
🎷 블로킹 vs. 논블로킹
제어권: 자신의 코드를 실행할 권리
함수 A가 함수 B를 호출했을 때 제어권을 어떻게 처리하느냐의 문제
블로킹: 함수 A가 함수 B를 호출하면 A가 B에게 제어권을 넘겨줌
- 함수 A가 함수 B를 호출하면서 B에게 제어권을 넘김
- 제어권을 넘겨받은 B는 함수를 실행. A는 B에게 제어권을 넘겨줬기 때문에 함수 실행 정지
- B는 실행이 끝나면 자신을 호출한 A에게 제어권을 돌려줌
논블로킹: 함수 A가 함수 B를 호출해도 제어권은 A가 갖고 있음
- 함수 A가 함수 B를 호출하면 함수 B가 실행되는 동안에도 함수 A가 제어권을 갖고 있음
- 함수 A가 제어권을 계속 갖고 있어서 함수 B가 실행되는 동안에도 자신의 코드를 계속 실행함
🎷 동기-블로킹, Sync-Blocking
함수 A는 함수 B의 리턴값을 필요로 함 (동기)
그래서 제어권을 함수 B에게 넘겨주고, 함수 B가 실행 완료하여 리턴값과 제어권을 돌려줄 때까지 기다림 (블로킹)
🎷 동기-논블로킹, Sync-Nonblocking
함수 A는 함수 B를 호출할 때 제어권을 주지 않고 자신의 코드를 계속 실행함 (논블로킹)
그런데 함수 B의 리턴값이 필요하기 때문에 중간중간 함수 B에게 함수 실행을 완료했는지 물어봄 (동기)
🎷 비동기-논블로킹, Async-Nonblocking
함수 A가 함수 B를 호출할 때 제어권을 주지 않고 자신의 코드를 계속 실행함 (논블로킹)
함수 B를 호출할 때 콜백 함수를 함께 줘서 함수 B는 자신의 작업이 끝나면 콜백함수를 실행함 (비동기)
🎷 비동기-블로킹, Async-blocking
함수 A는 함수 B의 리턴값에 신경쓰지 않고 콜백함수를 보냄 (비동기)
함수 A는 함수 B의 작업에 관심이 없지만 제어권을 넘기기 때문에 (블로킹) 자신과 관련없는 함수 B의 작업이 끝날 때까지 기다려야 함
🎷 동기-블로킹과 비동기-블로킹의 의미
동기-논블로킹
(예) 게임에서 데이터 로드율 표시: 맵을 이용할 때 맵 데이터를 계속 물어보지만 제어권은 나에게 있어 화면에 로드율이 표시됨
- 논블로킹으로 자신의 작업을 계속하고 있지만 다른 작업과의 동기를 위해 계속서 다른 작업이 끝났는지 조회
- 자주 사용되지는 않음
비동기-블로킹에서 함수 A는 함수 B와 관련이 없음에도 제어권을 넘겨서 B의 작업을 기다려야 하기 때문에 의미 없음
🎷 I/O 멀티플렉싱
멀티플렉싱: 효율성을 높히기 위해 물리적 장치를 최소한으로 사용하여 최대한의 데이터를 전송하는 기술
Sync-Blocking I/O, 동기-블로킹 I/O
일반적으로 흔하게 생각하는 I/O 모델
- 프로세스는 커널에게 I/O를 요청하는 함수를 호출(시스템 콜)한 뒤 커널이 작업 결과를 반환하기까지 중단된채 대기함(block)
- 프로세스는 이 동안 CPU를 점유하지 않고 커널의 응답만 기다리는 상태가 됨
- 커널의 응답이 되돌아옴과 동시에 반환된 데이터가 유저 공간으로 (sync) 오면 유저는 unblocking되어 반환받은 데이터 처리
특징
- 시스템 콜마다 스레드를 생성하므로 I/O 요청이 적은 서비스에 적합
- 요청 수가 많아지면 한 작업당 한번의 컨텍스트 스위치 발생 > 성능 저하
Sync-Non-blocking I/O, 동기-논블로킹 I/O
소켓 생성시 O_NONBLOCK 옵션으로 구성
-
해당 소켓으로 I/O 시스템 콜하면 즉시 결과 반환 받음
-
아직 읽을 데이터가 없다면 바로 -1 반환. 실패 유형은 오류코드(errno)로 구분됨
-
수행 결과와 errno를 즉시 받아보고 더 물어볼지 말지를 결정하기 때문에 I/O 작업이 완료되지 않아도 프로세스는 block 상태 되지 않음
-
제어권을 반환받고 나면 다른 작업도 처리할 수 있을거 같아 Blocking보다 개선된 모델이라 생각할 수 있지만, 프로세스는 원하는 결과를 반환받을 때까지 계속 상태를 체크해야 한느 busy-wait 상태로 빠짐
- 특별한 수확 없이 컨텍스트 스위치만 빈번해짐
-
loop 내 적정한 polling 주기 필요
- 주기가 너무 길면 데이터는 준비 되었음에도 후속 처리가 늦어짐
- 주기가 너무 짧으면 커널 입장에서는 의미 없는 리턴을 자주해야 돼서 작업의 지연 초래
I/O Multiplexing
모든 sync 모델은 요청한 순서대로 작업을 완료시키기 때문에 2개 이상의 파일을 동시에 처리하기 위해서는 성능을 위해서 멀티프로세스/멀티스레드로 동작해야 함
- 멀티프로세스 환경에서는 동기화 문제를 고려해야 해서 더 복잡해짐
Async-Blocking I/O, 비동기-블로킹 I/O
한 프로세스가 여러 파일을 관리하는 기법
프로세스에서 특정 파일에 접근할 때 파일 디스크립터를 사용하는데, FD를 어떻게 감시하냐가 맹점
어떤 상태로 대기하는지에 따라 select, poll 등 다양한 기법
select
- FD를 배열에 저장해두고 각 FD의 상태를 감시할 수 있음
- 3가지 유형으로 소켓을 목록화하여 감시할 수 있음
- 수신한 데이터를 지니고 있는 소켓이 존재하는가?
- 블로킹되지 않고 데이터의 전송이 가능한 소켓은 어느 것인가?
- 예외상황이 발생한 소켓은 어느 것인가?
동작 과정
1. FD 설정, 검사의 범위 지정, 타임아웃 설정
2. select 함수 호출
3. 호출결과 확인
select 함수
파라미터
maxfd: 검사 대상이 되는 FD의 수readset: 수신된 데이터의 존재여부에 관심있는 fd 정보를 fd_set형 변수에 등록해서 그 변수의 주소값writeset: 블로킹 없는 데이터 전송의 가능여부에 관심있는 fd 정보를 fd_set형 변수에 등록해서 그 변수의 주소값exceptset: 예외상황의 발생여부에 관심있는 fd 정보를 fd_set형 변수에 등록해서, 그 변수의 주소값timeout: select 함수 호출 이후에 무한정 블로킹 상태에 빠지지 않도록 time-out 설정하기 위한 인자
return 값:
- 오류 발생: -1
- time-out으로 인한 반환: 0
- 관심대상으로 등록된 fd에 변화 발생: 0보다 큰 값
참고:
