IOCP (I/O Completion Port)
IOCP 란?
Windows 운영 체제에서 소켓이나 파일의 입출력을 최소한의 스레드를 사용해서 처리하는 기법
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대규모 네트워크 서버, 고성능 파일 처리 시스템 등에 사용한다.
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복잡한 구현과 철저한 자원 관리가 요구된다.
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IOCP의 내부 동작 원리와 최적화 기법을 깊이 있게 이해하고, 모범 사례를 준수하면 효율적이고 안정적인 시스템을 구축할 수 있다.
IOCP 장점
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고성능
- 동시에 다수의 I/O 작업을 비동기적으로 처리할 수 있어 성능이 뛰어나다.
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효율성
- 스레드 관리가 최적화되어 시스템 리소스 낭비를 방지한다.
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확장성
- 스레드와 I/O 작업을 효율적으로 분배해 대규모 애플리케이션에서 뛰어난 확정성을 보인다.
IOCP 단점
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복잡성
- IOCP를 사용하는 프로그램은 스레드 관리, 큐 처리, 비동기 작업 등을 직접 처리하기 때문에 구현 난이도가 높고 코드가 복잡해지기 쉽다.
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호환성
- IOCP는 Windows 전용 기술이기 때문에 다른 운영체제에서 사용할 수 없어 호환성과 이식성이 떨어진다.
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디버깅의 어려움: 비동기적이고 병렬적인 특성 때문에 디버깅이 상대적으로 어렵다.
IOCP 동작 방식
- overlapped 구조체로 비동기 I/O 요청한다.
이 구조체는 동기 작업과 관련된 상태 정보를 저장하며, 작업 완료 시 필요한 데이터를 전달하는 역할을 한다.
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completion port생성 및 I/O 객체 연결-
IOCP를 사용하기 위해 먼저 완료 포트를 생성한다.
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이를 각 I/O 객체(소켓, 파일 핸들 등)에 연결한다.
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C++에서는 RAII 패턴을 사용해서 생명 주기를 관리할 수 있다.
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비동기 I/O 요청
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I/O 객체에 대해 비동기 작업을 요청한다.
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WSARecv 함수를 사용하여 데이터를 비동기적으로 읽어올 수 있다.
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C++에서는 스마트 포인터를 사용하여 메모리 관리를 자동화할 수 있다.
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completion port의 작업 완료 확인-
IOCP는 작업이 완료되면 완료 큐에 작업 정보를 추가한다.
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이를 확인하기 위해 GetQueuedCompletionStatus 함수를 호출한다.
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C++에서는 이를 워커 스레드 내에서 처리할 수 있다.
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- 스레드 풀과 통합
IOCP 관련 개념
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블로킹
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A 함수가 B 함수를 호출하면, 제어권을 A가 호출한 B 함수에 넘겨준다.
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B 함수는 실행이 끝나면 자신을 호출한 A에게 제어권을 돌려준다.
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논블로킹
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A 함수가 B 함수를 호출해도 제어권은 그대로 자신이 갖는다.
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A 함수가 제어권을 가지고 있기 때문에 B 함수 호출 이후에도 자신의 코드를 계속 실행한다.
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커널
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컴퓨터 운영 체제의 핵심이 되는 컴퓨터 프로그램의 하나로, 시스템의 모든 것을 완전히 통제한다.
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운영 체제의 다른 부분 및 응용 프로그램 수행에 필요한 여러 가지 서비스를 제공한다.
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커널 오브젝트
- 커널에서 관리하는 중요한 정보를 담아둔 데이터 블록이다.
IOCP 사용시 주의사항
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자원 관리
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소켓, 파일 핸들 등의 자원을 적절히 관리하여 누수를 방지하고, 필요 시 적시에 해제해야 한다.
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특히, I/O 작업이 완료되기 전에 소켓을 닫지 않도록 주의해야 한다.
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스레드 풀 관리
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시스템 하드웨어의 스펙과 애플리케이션의 특성에 맞게 워커 스레드 수를 조정해서 최적의 성능을 이끌어 내야한다.
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과도한 스레드 수는 오히려 성능 저하를 초래할 수 있다.
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비동기 작업 최적화
- 가능한 모든 I/O 작업을 비동기적으로 처리하여 블로킹을 최소화한다.
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버퍼 관리 최적화
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I/O 작업에 사용되는 버퍼를 효율적으로 관리하여 메모리 사용을 최적화한다.
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버퍼 풀을 사용하거나, 사전에 버퍼를 할당하여 재사용함으로써 메모리 할당 및 해제에 따른 오버헤드를 줄일 수 있다.
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