22-1 : Overlapped IO 모델의 이해
IO의 중첩 : 하나의 쓰레드 내에서 동시에 둘 이상의 영역으로 데이터를 송수신함으로써 입출력이 중첩되는 상황
- 입출력 함수가 호출 즉시 반환해야함 - 비동기 IO가 필요
- 따라서 입출력 함수는 논블로킹 모드로 동작해야함
Overlapped IO에서는 입출력 자체보다 입출력이 완료된 상황의 확인이 중요Overlapped IO에 적합한 소켓을 생성하는데는 WSASocket() 함수를 사용
#include <winsock2.h>
SOCKET WSASocket(int af, int type, int protocol, LPWSAPROTOCOL_INFO lpProtocolInfo, GROUP g, DWORD dwFlags);
// 성공시 소켓 핸들, 실패시 INVALID_SOCKET 반환af: 프로토콜 체계 정보type: 소켓의 데이터 전송방식protocol: 두 소켓 사이에 사용되는 프로토콜 정보lpProtocolInfo: 생성되는 소켓의 특성을 정의하는WSAPROTOCOL_INFO구조체 변수의 주소값g: 소켓 그룹 ID, 0 입력시 그룹 작업이 수행되지 않음dwFlags: 소켓의 추가 속성정보,WSA_FLAG_OVERLAPPED전달시Overlapped IO를 지원하는 소켓을 생성
Overlapped IO에서 두 소켓간의 연결은 기존과 동일, 데이터의 입출력에 차이가 존재Overlapped IO에서 데이터 송신에는 WSASend() 함수를 사용
#include <winsock2.h>
int WSASend(SOCKET s, LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesSent, DWORD dwFlags, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);
// 성공시 0, 실패시 SOCKET_ERROR 반환
typedef struct __WSABUF
{
u_long len; // 전송할 데이터 크기
char FAR *buf; // 버퍼 주소값
} WSABUF, *LPWSABUF;
typedef struct _WSAOVERLAPPED
{
DWORD Internal;
DWORD InternalHigh;
DWORD Offset;
DWORD OffsetHigh;
WSAEVENT hEvent;
} WSAOVERLAPPED, *LPWSAOVERLAPPED;lpBuffers: 전송할 데이터 정보를 가진WSABUF구조체 배열의 주소값dwBufferCount:lpBUffers로 전달된 배열의 길이lpNumberOfBytesSent: 전송될 바이트 수가 저장될 변수의 주소값dwFlags: 함수의 데이터 전송특성 지정lpOverlapped:WSAOVERLAPPED구조체 변수의 주소값,Event오브젝트를 사용해 데이터 전송의 완료를 확인하는데 사용lpCompletionRoutine: 데이터 전송의 완료를 확인하기 위한Completion Routine함수의 주소값 전달
Overlapped IO를 진행하기 위해서는 WSASend() 함수의 매개변수 lpOverlapped의 값이 항상 유효한 구조체 변수의 주소값이여야함
또한 WSASend() 함수를 통해 동시에 둘 이상의 영역으로 데이터를 전송하는 경우 lpOverlapped 구조체 변수를 각각 별도로 구성해야함
WSASend() 함수를 사용한 데이터 전송 예시
WSAEVENT event;
WSAOVERLAPPED overlapped;
WSABUF dataBuf;
char buf[BUF_SIZE] = {"data to send"}
int recvBytes = 0;
...
event = WSACreateEvent();
memset(&overlapped, 0, sizeof(overlapped)); // 모든 비트 0으로 초기화
overlapped.hEvent = event;
dataBuf.len = sizeof(buf);
dataBUf.buf = buf;
WSASend(hSocket, &dataBuf, 1, &recvBytes, 0, &overlapped, NULL);
...
전송하는 데이터의 크기가 크지 않은 경우 함수호출과 동시에 데이터 전송이 완료되어 WSASend() 함수는 0을 반환하고 lpNumberOfByteSent로 실제 전송된 데이터의 크기정보가 저장됨
반면 계속해서 데이터의 전송이 이루어진다면 WSASend() 함수는 SOCKET_ERROR를 반환하고 WSAGetLastError() 함수를 통해 확인가능한 오류코드에 WSA_IO_PENDING이 등록되며, WSAGetOverlappedResult() 함수를 통해 실제 전송된 데이터 크기를 확인해야함
#include <winsock2.h>
BOOL WSAGetOverlappedResult(SOCEKT s, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, LPDWORD lpcbTransfer, BOOL fWait, LPDWORD lpdwFlags);
// 성공시 TRUE, 실패시 FALSE 반환lpcbTransfer: 실제 송수신된 바이트 크기를 저장할 변수의 주소값fWait: 여전히 IO가 진행중인 경우 - TRUE일시 완료될 때까지 대기, FALSE일시 즉시 FALSE를 반환lpdwFlags:WSARecv()함수 호출시 부수적인 정보를 얻기 위해 사용, 불필요할시 NULL
Overlapped IO에서 데이터 수신에는 WSARecv() 함수를 사용
#include <winsock2.h>
int WSARecv(SOCKET s, LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd, LPDWORD lpFlags, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);
// 성공시 0, 실패시 SOCKET_ERROR 반환여러 데이터를 모아서 한번에 전송하고 수신된 데이터를 여러 버퍼에 나눠서 저장하는 것을 Gather/Scatter IO라고 함
리눅스에서는 writev(), readv() 함수가 이를 지원하고 윈도우에서는 WSASend(), WSARecv() 함수를 사용할 수 있음
22-2 : Overlapped IO에서의 입출력 완료의 확인
Event 오브젝트 기반 : lpOVerlapped 활용CompetionRoutine 기반 : lpCompletionRoutine 활용
Event 오브젝트 활용 Sender 예시
// OverlappedSend_win.cpp
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
using namespace std;
void Errorhandling(char *msg);
int main(int argc, char *argv[])
{
WSADATA wsaData;
SOCKET hSocket;
SOCKADDR_IN sendAdr;
WSABUF dataBuf;
char msg[] = "Network is Computer!";
int sendBytes = 0;
WSAEVENT evObj;
WSAOVERLAPPED overlapped;
if(argc != 3)
{
cout << "Usage : " << argv[0] << " <IP> <port>\n";
exit(1);
}
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
ErrorHandling("WSAStartup() error");
hSocket = WSASocket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
memset(&sendAdr, 0, sizeof(sendAdr));
sendAdr.sin_family = AF_INET;
sendAdr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
sendAdr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (::connect(hSocket, (SOCKADDR*)&sendAdr, sizeof(sendAdr)) == SOCKET_ERROR)
ErrorHandling("connect() error");
evObj = WSACreateEvent();
memset(&overlapped, 0, sizeof(overlapped));
overlapped.hEvent = evObj;
dataBuf.len = strlen(msg) + 1;
dataBuf.buf = msg;
if (WSASend(hSocket, &dataBuf, 1, &sendBytes, 0, &overlapped, NULL) == SOCKET_ERROR)
{
if (WSAGetLastError() == WSA_IO_PENDING)
{
cout << "Background data send\n";
WSAWaitForMultipleEvents(1, &evObj, TRUE, WSA_INFINITE, FALSE);
WSAGetOverlappedResult(hSocket, &overlapped, &sendBytes, FALSE, NULL);
}
else
ErrorHandling("WSASend() error");
}
cout << "Send data size : " << sendBytes << endl;
WSACloseEvent(evObj);
closesocket(hSocket);
WSACleanup();
return 0;
}
void ErrorHandling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}- IO가 완료되면
WSAOVERLAPPED구조체 변수가 참조하는Event오브젝트가signaled상태가 됨 - IO의 완료 및 결과 확인을 위해
WSAGetOverlappedResult()함수를 사용
Event 오브젝트 활용 Receiver 예시
// OverlappedRecv_win.cpp
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
using namespace std;
#define BUF_SIZE 1024
void Errorhandling(char *msg);
int main(int argc, char *argv[])
{
WSADATA wsaData;
SOCKET hLisnSock, hRecvSock;
SOCKADDR_IN lisnAdr, recvAdr;
int recvAdrSz;
WSABUF dataBuf;
WSAEVENT evObj;
WSAOVERLAPPED overlapped;
char buf[BUF_SIZE];
int recvBytes = 0, flags = 0;
if(argc != 2)
{
cout << "Usage : " << argv[0] << " <port>\n";
exit(1);
}
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
ErrorHandling("WSAStartup() error");
hLisnSock = WSASocket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
memset(&lisnAdr, 0, sizeof(lisnAdr));
lisnAdr.sin_family = AF_INET;
lisnAdr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
lisnAdr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
if (::bind(hLisnSock, (SOCKADDR*)&lisnAdr, sizeof(lisnAdr)) == SOCKET_ERROR)
ErrorHandling("bind() error");
if (::listen(hLisnSock, 5) == SOCKET_ERROR)
ErrorHandling("listen() error");
recvAdrSz = sizeof(recvAdr);
hRecvSock = accept(hLisnSock, (SOCKADDR*)&recvAdr, &recvAdrSz);
evObj = WSACreateEvent();
memset(&overlapped, 0, sizeof(overlapped));
overlapped.hEvent = evObj;
dataBuf.len = BUF_SIZE;
dataBuf.buf = msg;
if (WSARecv(hRecvSock, &dataBuf, 1, &recvBytes, &flags, &overlapped, NULL) == SOCKET_ERROR)
{
if (WSAGetLastError() == WSA_IO_PENDING)
{
cout << "Background data receive\n";
WSAWaitForMultipleEvents(1, &evObj, TRUE, WSA_INFINITE, FALSE);
WSAGetOverlappedResult(hRecvSock, &overlapped, &recvBytes, FALSE, NULL);
}
else
ErrorHandling("WSARecv() error");
}
cout << "Received message : " << buf << endl;
WSACloseEvent(evObj);
closesocket(hRecvSock);
closesocket(hLisnSock);
WSACleanup();
return 0;
}
void ErrorHandling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
Completion Routine 방식 : Pending됭 IO 완료시 자동으로 호출된 함수를 등록
- 단, IO를 요청한 쓰레드가
alertable wait상태에 놓여있을 때만 루틴을 호출함 WaitForSingleObjectEx(),WaitForMultipleObjectsEx(),WSAWaitForMultipleEvents(),SleepEx()함수 호출시 쓰레드가alertable wait상태가 됨Competion Routine이 실행되면 위 함수들은WAIT_IO_COMPLETION을 반환하면서 함수를 빠져나옴
Competion Routine 활용 Receiver 예시
// CmplRoutineRecv_win.cpp
#include <iostream>
#include <winsock2.h>
using namespace std;
#define BUF_SIZE 1024
void CALLBACK CompRoutine(DWORD, DWORD, LPWSAOVERLAPPED, DWORD);
void ErrorHandling(char *msg);
WSABUF dataBuf;
char buf[BUF_SIZE];
int recvBytes = 0;
int main(int argc, char *argv[])
{
WSADATA wsaData;
SOCKET hLisnSock, hRecvSock;
SOCKADDR_IN lisnAdr, recvAdr;
WSAEVENT evObj;
WSAOVERLAPPED overlapped;
int recvAdrSz, flags = 0;
if(argc != 2)
{
cout << "Usage : " << argv[0] << " <port>\n";
exit(1);
}
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
ErrorHandling("WSAStartup() error");
hLisnSock = WSASocket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0, NULL, 0, WSA_FLAG_OVERLAPPED);
memset(&lisnAdr, 0, sizeof(lisnAdr));
lisnAdr.sin_family = AF_INET;
lisnAdr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
lisnAdr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
if (::bind(hLisnSock, (SOCKADDR*)&lisnAdr, sizeof(lisnAdr)) == SOCKET_ERROR)
ErrorHandling("bind() error");
if (::listen(hLisnSock, 5) == SOCKET_ERROR)
ErrorHandling("listen() error");
recvAdrSz = sizeof(recvAdr);
hRecvSock = accept(hLisnSock, (SOCKADDR*)&recvAdr, &recvAdrSz);
if (hRecvSock == INVALID_SOCKET)
Errorhandling("accept() error");
evObj = WSACreateEvent(); // Dummy event object
memset(&overlapped, 0, sizeof(overlapped));
dataBuf.len = BUF_SIZE;
dataBuf.buf = msg;
if (WSARecv(hRecvSock, &dataBuf, 1, &recvBytes, &flags, &overlapped, CompRoutine) == SOCKET_ERROR)
{
if (WSAGetLastError() == WSA_IO_PENDING)
cout << "Background data receive\n";
}
idx = WSAWaitForMultipleEvents(1, &evObj, FALSE, WSA_INFINITE, TRUE);
if (idx == WAIT_IO_COMPLETION)
cout << "Overlapped I/O Completed\n";
else // if error occurred!
ErrorHandling("WSARecv() error");
WSACloseEvent(evObj);
closesocket(hRecvSock);
closesocket(hLisnSock);
WSACleanup();
return 0;
}
void CALLBACK CompRoutine(DWORD dwError, DWORD szRecvBytes, LPWSAOVErLAPPED lpOverlapped, DWORD flags)
{
if (dwError != 0)
ErrorHandling("CompRoutine error");
else
{
recvBytes = szRecvBytes;
cout << "Received message : " << buf << endl;
}
}
void ErrorHandling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}내용 확인문제
- Asnchronous(비동기)
Notification IO모델과Overlapped IO모델 사이에서 비동기로 처리되는 영역이 어떻게 차이가 나는지 설명해보자. Notification IO모델은 IO 관련 이벤트의 발생을 알리는 알림을 비동기로 처리하고,Overlapped IO모델은 IO가 완료된 상황을 확인하는 과정을 비동기로 처리함- 논-블로킹 IO, 비동기 IO 그리고
Overlapped IO의 관계를 하나의 문장으로 연결해서 설명해보자. - 비동기 IO는 IO가 완료된 상황을 확인하는 과정이 비동기로 처리됨을 의미하며, 이를 위해선 IO가 논블로킹 모드로 동작해야하며 이를 바탕으로 IO가 중첩된 형태인
Overlapped IO가 가능 - 다음 코드의 일부를 보면서 문제점이 있다면 어떠한 문제가 있는지 지적해보자. 그리고 이에대한 해결책도 함께 제시해보자.참고로, 위의 코드가 완벽하진 않지만 이 코드만 가지고도 충분히 발견할 수 있는 구조적인 문제점이 있다.
- 반복문을 통해 호출되는
WSARecv()함수의OVERLAPPED구조체가 모두 동일한 변수인 것이 문제OVERLAPPED구조체 변수를 동적할당하여 해결할 수 있음 while (1) { hRecvSock = accept(hLisnSock, (SOCKADDR*)&recvAdr, &recvAdrSz); evObj = WSACreateEvent(); memset(&overlapped, 0, sizeof(overlapped)); overlapped.hEvent = evObj; dataBuf.len = BUF_SIZE; dataBuf.buf = buf; WSARecv(hRecvSock, &dataBuf, 1, &recvBytes, &flags, &overlapped, NULL); }WSASend함수호출 이후에 IO가 Pending된 상황과 그렇지 않은 상황을 확인하는 방법에 대해서 소스코드 수준에서 설명해보자.WSASend()함수가SOCKET_ERROR를 반환하고WSAGetLastError()함수가WSA_IO_PENDING을 반환하는 경우- 쓰레드의
alertable wait상태는 어떠한 상태를 의미하는가? 그리고 쓰레드를 이 상태가 되도록 하는 함수들 중 두가지만 말해보자. - 쓰레드가 운영체제가 전달하는 메시지의 수신을 대기하는 상태로
Completion Routine을 호출해도 문제가 없음WaitForSingleObjectEx(),WaitForMultipleObjectsEx(),WSAWaitForMultipleEvents(),SleepEx()
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