IocpCore

Jaemyeong Lee·2024년 12월 6일

C C++Rookiss 게임 서버 엔진 게임 프로그래머 입문 올인원

게임 프로그래머 올인원

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1. Server.cpp

주요 흐름:

SocketUtils 초기화
Listener 객체 생성 및 설정
IOCP 쓰레드 실행
소켓 종료 및 자원 정리

코드 분석

int main()
{
	SocketUtils::Init();

SocketUtils::Init():
- Winsock을 초기화합니다.
- 내부적으로 WSAStartup을 호출하여 TCP/IP 소켓을 사용할 수 있는 환경을 만듭니다.
- 비동기 확장 기능(AcceptEx, ConnectEx 등)을 사용할 준비도 이 과정에서 설정됩니다.

	Listener listener;
	listener.StartAccept(NetAddress(L"127.0.0.1", 7777));

Listener 객체:
- Listener는 IOCP와 연동된 소켓의 연결 대기 역할을 합니다.
- StartAccept:
  - NetAddress 클래스를 통해 지정된 IP(127.0.0.1)와 포트(7777)로 바인딩됩니다.
  - 비동기 Accept 작업을 준비합니다.

	for (int32 i = 0; i < 5; i++)
	{
		GThreadManager->Launch([=]()
			{
				while (true)
				{
					GIocpCore.Dispatch();
				}
			});
	}

GThreadManager:
- IOCP 작업을 처리할 5개의 워커 스레드를 실행합니다.
- GIocpCore.Dispatch():
  - IOCP 큐에서 완료된 작업을 가져와 처리합니다.
  - 각 스레드가 비동기로 처리된 결과를 받아 이벤트를 실행합니다.

	GThreadManager->Join();

Join():
- 메인 스레드가 모든 워커 스레드의 종료를 대기합니다.

	SocketUtils::Clear();
}

SocketUtils::Clear():
- Winsock 자원을 해제합니다.
- 내부적으로 WSACleanup을 호출하여 네트워크 환경을 정리합니다.

2. SocketUtils.h

주요 목적:

소켓 생성, 바인딩, 설정 등을 포함한 소켓 작업의 편리한 유틸리티 제공.

코드 분석

static LPFN_CONNECTEX ConnectEx;
static LPFN_DISCONNECTEX DisconnectEx;
static LPFN_ACCEPTEX AcceptEx;

런타임에 로드되는 확장 함수 포인터:
- ConnectEx, DisconnectEx, AcceptEx는 확장된 비동기 소켓 기능을 제공합니다.
- WSAIoctl를 통해 함수 포인터를 동적으로 바인딩합니다.

static SOCKET CreateSocket();

소켓 생성:
- WSASocket API를 사용하여 비동기 소켓(OVERLAPPED 플래그 포함)을 생성합니다.

static bool BindAnyAddress(SOCKET socket, uint16 port);

소켓을 특정 포트에 바인딩:
- INADDR_ANY를 사용하여 모든 네트워크 인터페이스에서 접속을 허용합니다.

3. SocketUtils.cpp

`Init` 함수

void SocketUtils::Init()
{
	WSADATA wsaData;
	assert(::WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), OUT &wsaData) == 0);

	SOCKET dummySocket = CreateSocket();
	assert(BindWindowsFunction(dummySocket, WSAID_CONNECTEX, reinterpret_cast<LPVOID*>(&ConnectEx)));
	assert(BindWindowsFunction(dummySocket, WSAID_DISCONNECTEX, reinterpret_cast<LPVOID*>(&DisconnectEx)));
	assert(BindWindowsFunction(dummySocket, WSAID_ACCEPTEX, reinterpret_cast<LPVOID*>(&AcceptEx)));

	Close(dummySocket);
}

WSAStartup:
- Winsock 환경을 초기화합니다.
- TCP/IP 네트워크 프로그램에서 반드시 호출해야 합니다.
더미 소켓 생성:
- 비동기 확장 함수(AcceptEx 등)를 바인딩하기 위한 임시 소켓입니다.
BindWindowsFunction:
- 소켓 핸들을 통해 WSAIoctl을 호출하여 특정 GUID(예: WSAID_ACCEPTEX)에 해당하는 함수 포인터를 얻습니다.
Close:
- 더미 소켓을 닫아 자원을 정리합니다.

`CreateSocket` 함수

SOCKET SocketUtils::CreateSocket()
{
	return ::WSASocket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
}

WSASocket:
- 비동기 I/O를 지원하는 소켓을 생성합니다(WSA_FLAG_OVERLAPPED 사용).

`SetLinger` 함수

bool SocketUtils::SetLinger(SOCKET socket, uint16 onoff, uint16 linger)
{
	LINGER option;
	option.l_onoff = onoff;
	option.l_linger = linger;
	return SetSockOpt(socket, SOL_SOCKET, SO_LINGER, option);
}

SO_LINGER 설정:
- 연결 종료 시 대기 시간(linger)을 설정합니다.
- onoff가 1일 경우, 데이터가 모두 전송될 때까지 종료를 지연시킵니다.

`BindAnyAddress` 함수

bool SocketUtils::BindAnyAddress(SOCKET socket, uint16 port)
{
	SOCKADDR_IN myAddress;
	myAddress.sin_family = AF_INET;
	myAddress.sin_addr.s_addr = ::htonl(INADDR_ANY);
	myAddress.sin_port = ::htons(port);

	return SOCKET_ERROR != ::bind(socket, reinterpret_cast<const SOCKADDR*>(&myAddress), sizeof(myAddress));
}

SOCKADDR_IN 초기화:
- sin_family: 주소 패밀리 설정(AF_INET).
- sin_addr: 모든 인터페이스(INADDR_ANY)로 설정.
- sin_port: 주어진 포트로 설정.
bind 호출:
- 소켓과 주소를 연결합니다.

4. Listener 클래스

`StartAccept` 함수

bool Listener::StartAccept(NetAddress netAddress)
{
	_socket = SocketUtils::CreateSocket();
	if (_socket == INVALID_SOCKET)
		return false;

	if (GIocpCore.Register(this) == false)
		return false;

	if (SocketUtils::SetReuseAddress(_socket, true) == false)
		return false;

	if (SocketUtils::Bind(_socket, netAddress) == false)
		return false;

	if (SocketUtils::Listen(_socket) == false)
		return false;

	const int32 acceptCount = 1;
	for (int32 i = 0; i < acceptCount; i++)
	{
		IocpEvent* acceptEvent = new IocpEvent(EventType::Accept);
		_acceptEvents.push_back(acceptEvent);
		RegisterAccept(acceptEvent);
	}

	return true;
}

소켓 생성 및 IOCP 등록:
- 새 소켓을 생성하고, 이를 IOCP 객체(GIocpCore)에 등록합니다.
소켓 설정:
- SO_REUSEADDR: 동일한 포트에서 여러 소켓을 사용할 수 있도록 설정.
- bind: 지정된 네트워크 주소와 포트에 소켓을 바인딩.
- listen: 소켓을 수신 대기 상태로 설정.
Accept 이벤트 등록:
- acceptCount 횟수만큼 IocpEvent 객체를 생성하고, 비동기 Accept 작업을 등록합니다.

`RegisterAccept` 함수

void Listener::RegisterAccept(IocpEvent* acceptEvent)
{
	Session* session = new Session();

	acceptEvent->Init();
	acceptEvent->session = session;

	DWORD bytesReceived = 0;
	if (false == SocketUtils::AcceptEx(_socket, session->GetSocket(), session->_recvBuffer, 0, sizeof(SOCKADDR_IN) + 16, sizeof(SOCKADDR_IN) + 16, OUT &bytesReceived, static_cast<LPOVERLAPPED>(acceptEvent)))
	{
		const int32 errorCode = ::WSAGetLastError();
		if (errorCode != WSA_IO_PENDING)
		{
			RegisterAccept(acceptEvent);
		}
	}
}

AcceptEx:
- 비동기 Accept 작업을 요청합니다.
- 실패 시 에러를 확인하고 재등록합니다.

`ProcessAccept` 함수

void Listener::ProcessAccept(IocpEvent* acceptEvent)
{
	Session* session = acceptEvent->session;

	if (false == SocketUtils::SetUpdateAcceptSocket(session->GetSocket(), _socket))
	{
		RegisterAccept(acceptEvent);
		return;
	}

	SOCKADDR_IN sockAddress;
	int32 sizeOfSockAddr = sizeof(sockAddress);
	if (SOCKET_ERROR == ::getpeername(session->GetSocket(), OUT reinterpret_cast<SOCKADDR*>(&sockAddress), &sizeOfSockAddr))
	{
		RegisterAccept(acceptEvent);
		return;
	}

	session->SetNetAddress(NetAddress(sockAddress));

	cout << "Client Connected!" << endl;

	RegisterAccept(acceptEvent);
}

Accept 작업 완료:
- 클라이언트 소켓을 IOCP에 업데이트합니다.
- 클라이언트 주소 정보를 확인합니다.
Accept 재등록:
- 새로운 클라이언트 연결 대기를 위해 Accept 작업을 다시 등록합니다.

1. Listener 클래스

역할

Listener 클래스는 서버에서 클라이언트 연결을 대기하는 역할을 합니다.
IOCP와 연동된 소켓을 사용하여 비동기 방식으로 연결을 관리합니다.

주요 멤버 변수

protected:
    SOCKET _socket = INVALID_SOCKET;
    vector<IocpEvent*> _acceptEvents;

_socket:
- 클라이언트 연결을 대기하는 소켓입니다.
- INVALID_SOCKET 값으로 초기화됩니다.
_acceptEvents:
- Accept 작업을 위해 생성된 이벤트 객체(IocpEvent)의 목록입니다.

StartAccept 함수

bool Listener::StartAccept(NetAddress netAddress)

소켓 생성:
- SocketUtils::CreateSocket를 호출하여 소켓을 생성합니다.
- 실패 시 false를 반환합니다.
IOCP에 등록:
- GIocpCore.Register(this)를 호출하여 Listener 객체를 IOCP에 등록합니다.
소켓 설정:
- SetReuseAddress: 소켓 주소 재사용 가능 여부 설정.
- SetLinger: 연결 종료 시 대기 시간을 설정.
- Bind: 네트워크 주소를 소켓에 바인딩.
- Listen: 소켓을 수신 대기 상태로 설정.
Accept 이벤트 등록:
- acceptCount 횟수만큼 IocpEvent 객체를 생성하고 Accept 작업을 준비합니다.

RegisterAccept 함수

void Listener::RegisterAccept(IocpEvent* acceptEvent)

Accept 작업 등록:
- SocketUtils::AcceptEx를 호출하여 비동기 Accept 작업을 요청합니다.
- 실패 시 에러를 확인하고, 재등록을 시도합니다.

ProcessAccept 함수

void Listener::ProcessAccept(IocpEvent* acceptEvent)

Accept 작업 완료:
- 연결된 클라이언트 소켓을 업데이트합니다.
- 클라이언트의 IP 주소 정보를 가져옵니다.
Accept 재등록:
- 새로운 클라이언트 연결을 대기하기 위해 Accept 작업을 다시 등록합니다.

Dispatch 함수

void Listener::Dispatch(IocpEvent* iocpEvent, int32 numOfBytes)

IOCP에서 수신한 이벤트를 처리하는 함수입니다.
이벤트 유형(EventType)에 따라 적절한 작업(ProcessAccept)을 호출합니다.

2. IocpCore 클래스

역할

IOCP 객체를 관리하는 클래스입니다.
IOCP 큐에서 작업을 처리하거나 이벤트를 등록하는 역할을 합니다.

주요 멤버 변수

private:
    HANDLE _iocpHandle;

_iocpHandle:
- IOCP 객체의 핸들입니다.

Register 함수

bool IocpCore::Register(IocpObject* iocpObject)

역할:
- 주어진 IocpObject의 핸들을 IOCP 객체에 등록합니다.
CreateIoCompletionPort 호출:
- 소켓(또는 파일 핸들)과 IOCP 객체를 연결합니다.

Dispatch 함수

bool IocpCore::Dispatch(uint32 timeoutMs)

GetQueuedCompletionStatus 호출:
- IOCP 큐에서 완료된 작업을 가져옵니다.
- 큐에서 작업이 없을 경우, timeoutMs 시간만큼 대기합니다.
에러 처리:
- WAIT_TIMEOUT 오류가 발생하면 작업이 없음을 의미합니다.
- 기타 에러는 로깅하거나 별도의 처리 과정을 거칩니다.
작업 실행:
- 작업과 연관된 IocpObject의 Dispatch 메서드를 호출하여 작업을 처리합니다.

생성자와 소멸자

IocpCore::IocpCore()
{
    _iocpHandle = ::CreateIoCompletionPort(INVALID_HANDLE_VALUE, 0, 0, 0);
    assert(_iocpHandle != INVALID_HANDLE_VALUE);
}

IocpCore::~IocpCore()
{
    ::CloseHandle(_iocpHandle);
}

생성자:
- IOCP 객체를 생성합니다.
- 실패 시 프로그램이 종료됩니다.
소멸자:
- IOCP 객체를 닫아 자원을 해제합니다.

3. IocpObject 클래스

역할

IOCP와 연동되는 객체의 기본 인터페이스를 제공합니다.
모든 IOCP 관련 클래스(Listener, Session 등)는 이를 상속받아 구현됩니다.

주요 메서드

virtual HANDLE GetHandle() abstract;
virtual void Dispatch(IocpEvent* iocpEvent, int32 numOfBytes = 0) abstract;

GetHandle:
- IOCP에 등록된 핸들을 반환합니다.
Dispatch:
- IOCP 큐에서 받은 작업을 처리합니다.

4. IocpEvent 클래스

역할

IOCP 작업을 표현하는 객체입니다.
IOCP 큐에서 관리되는 각 작업은 IocpEvent의 객체로 표현됩니다.

주요 멤버 변수

EventType type;
Session* session = nullptr;

type:
- 이벤트 유형(예: Connect, Accept, Recv, Send).
session:
- 이벤트와 연관된 클라이언트 세션 객체(예: AcceptEvent에서 사용).

Init 함수

void IocpEvent::Init()
{
    hEvent = 0;
    Internal = 0;
    InternalHigh = 0;
    Offset = 0;
    OffsetHigh = 0;
}

역할:
- OVERLAPPED 구조체의 필드를 초기화합니다.

5. Session 클래스

역할

서버와 연결된 각 클라이언트를 나타내는 클래스입니다.
클라이언트 소켓과 관련된 데이터를 관리합니다.

주요 멤버 변수

private:
    SOCKET _socket = INVALID_SOCKET;
    NetAddress _netAddress = {};
    Atomic<bool> _connected = false;
    char _recvBuffer[1000];

_socket:
- 클라이언트와의 연결을 나타내는 소켓.
_netAddress:
- 클라이언트의 IP 주소 및 포트를 저장.
_connected:
- 현재 연결 상태를 나타냄.
_recvBuffer:
- 수신 데이터를 임시 저장하는 버퍼.

Dispatch 함수

void Session::Dispatch(IocpEvent* iocpEvent, int32 numOfBytes)

IOCP 큐에서 받은 이벤트를 처리합니다.
예를 들어, Recv 이벤트의 경우 수신 데이터를 처리합니다.

6. NetAddress 클래스

역할

네트워크 주소(IP, Port)를 관리하는 클래스입니다.
소켓 바인딩 또는 연결 시 사용됩니다.

주요 멤버 변수

private:
    SOCKADDR_IN _sockAddr = {};

_sockAddr:
- IP 주소와 포트를 저장하는 구조체.

Ip2Address 함수

IN_ADDR NetAddress::Ip2Address(const WCHAR* ip)
{
    IN_ADDR address;
    ::InetPtonW(AF_INET, ip, &address);
    return address;
}

역할:
- 문자열 형태의 IP 주소를 IN_ADDR 구조체로 변환합니다.

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주요 목적:

코드 분석

3. SocketUtils.cpp

Init 함수

CreateSocket 함수

SetLinger 함수

BindAnyAddress 함수

4. Listener 클래스

StartAccept 함수

RegisterAccept 함수

ProcessAccept 함수

1. Listener 클래스

역할

주요 멤버 변수

StartAccept 함수

RegisterAccept 함수

ProcessAccept 함수

Dispatch 함수

2. IocpCore 클래스

역할

주요 멤버 변수

Register 함수

Dispatch 함수

생성자와 소멸자

3. IocpObject 클래스

역할

주요 메서드

4. IocpEvent 클래스

역할

주요 멤버 변수

Init 함수

5. Session 클래스

역할

주요 멤버 변수

Dispatch 함수

6. NetAddress 클래스

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