[네트워크] Overlapped I/O
이 포스트는 “게임 서버 프로그래밍 교과서”를 참고하여 작성된 포스트입니다.
이전 포스트에서 논블로킹(Non-blocking) 소켓에 대해 설명했습니다.
논블로킹 소켓의 장단점을 정리하면 아래와 같습니다.
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 스레드 블로킹이 없으므로 중도 취소 같은 통제 가능 | ‘would block’을 반환받을 경우 재시도 호출 낭비 발생 |
| 스레드의 개수가 적거나 1개여도 여러 소켓 사용 가능 | I/O함수를 호출할 때 전달하는 데이터 블록에 대한 복사 연산 발생 |
| 스레드의 개수가 적기 때문에 연산량, 호출 스택 낭비 적음 | connect()함수는 재호출이 필요없지만 send(), receive()는 재호출 필요 |
논블로킹 소켓의 단점 중 첫 번째인 재시도 호출 낭비는 TCP 소켓의 송수신, UDP의 수신에서는 문제가 없지만
UDP를 이용한 송신에서는 문제가 있습니다.
예를들어, 송신할 데이터가 4byte인데 송신 버퍼에 남은 자리가 1byte인 경우
TCP와 달리 UDP는 일부만 송신할 수 없으므로 ‘would block’이 발생합니다.
이 과정은 송신 버퍼에 4byte가 남을 때 까지 반복되기 때문에 결국 CPU 낭비로 이어집니다.
논블로킹 소켓은 전달 받은 데이터를
사용자의 프로세스 영역에서 운영체제 커널 내 소켓 버퍼로 복사하는 연산을 수행합니다.
이러한 복사연산이 자주 발생한다면, 고성능 서버에서는 이러한 연산 자체가 부담이 될 수 있습니다.
Overlapped I/O
위 문제점들을 해결하는 방법이 Overlapped 혹은 비동기 I/O 입니다.
이 방법은 재시도 호출 낭비와 복사 연산 부하 문제를 해결해 주는 방법으로
논블로킹 소켓과 진행 과정이 다릅니다.
논블로킹 소켓 진행 과정
- 소켓이 I/O 가능인 것이 있을 때까지 대기
- 소켓에 대한 논블로킹 액세스
- ‘would block’이 발생하면 넘어가고, 그렇지 않으면 실행 결과를 반환
Overlapped I/O 진행 과정
- 소켓에 Overlapped 액세스 걸기
- Overlapped 액세스 성공 여부 확인 후 결과값을 받아서 나머지 처리
Overlapped I/O의 진행 과정을 의사 코드로 표현하면 아래와 같습니다.
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// '진행 중인 상태 현황'을 보관하는 구조체
OVERLAPPED overlappedSendStatus;
// Overlapped 전용 함수 호출
// 전송 성공: length에 전송한 데이터의 길이 저장
// 전송 실패: I/O Pending(I/O 완료까지 대기) 상태를 저장
(result, length) = s.OverlappedSend(data, overlappedSendStatus);
if(length > 0) {
// 데이터 전송 성공
}
else if(result == WSA_IO_PENDING) {
while(true) {
(result, length) = GetOverlappedResult(s, overlappedSendStatus);
// Overlapped 전용 함수를 호출하여 상태를 다시 확인
if(length > 0) {
// 데이터 전송 성공
} else {
// 아직 I/O Pending 상태
}
}
}
송수신 버퍼의 크기가 0 일때, Overlapped I/O
소켓은 내부에 송수신 버퍼를 갖고 있습니다.
이 송수신 버퍼의 크기를 임의로 설정할 수 있는데,
이 크기를 0 으로 설정한다면 Overlapped I/O 는 다르게 동작합니다.
Overlapped I/O 전용 함수를 호출하면 운영체제는 송수신할 데이터가 저장되어 있는
메모리 블록 자체를 버퍼로 사용해버립니다.
즉, 사용중인 메모리에 송수신한 데이터의 결과를 바로 저장할 수 있습니다.
Overlapped I/O 의 주의사항
재시도 호출 낭비와 복사 연산을 줄일 수 있다는 장점이 있지만
Overlapped I/O를 사용할 때는 주의해야 할 점도 있습니다.
바로 Overlapped I/O 객체에 대한 백그라운드 접근으로 인한 주의사항입니다.
Overlapped I/O 함수는 즉시 반환되지만 운영체제에서는 I/O 실행이 별도로 동시간대에 진행되는 상태입니다.
즉, 운영체제는 함수의 인자로 넘겼던 데이터를 백그라운드에서 접근하고 있는 것입니다.
따라서 Overlapped I/O 함수가 비동기로 진행 중인 일이 완료되기 전까지는
함수에 전달한 인자들을 수정하거나 삭제해서는 안됩니다.
마지막으로 Overlapped I/O는 운영체제가 윈도우일 때만 동작하는 함수이기 때문에
리눅스나 다른 운영체제에서는 동작하지 않습니다.