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webserv study 3

April 18, 2022

2022-04-15

https://musma.github.io/2019/04/17/blocking-and-synchronous.html

• block/non-block, 동기/비동기에 대해 정말 잘 설명되어 있는 블로그 글이다.

blocking / synchronous

• blocking은 아주 자연스럽다.
• 함수를 호출하면 기존 thread는 다른 일을 할 수 없고, 호출한 함수를 실행한다.
• 단순히 함수를 호출하면 blocking으로 동작한다.
• 동시에 이는 synchronous한 동작을 한다고 할 수 있다.
• main thread가 함수를 실행하는 thread와 동일하기 때문에 서로 진행 정도가 동일하기 때문이다.(main thread와 함수를 실행하는 thread가 서로 동기화된 것과 같은 상태)

blocking / asynchronous

• 뭔가 이상하다.
• asynchronous하게 만들건데 굳이 blocking을 해야하는 이유가 있을까?
• 그럴꺼면 blocking / synchronous로 만들면 되는 것 아닌가?
• 왜 aynchronous한 작업을 굳이 우겨넣어서 자원을 더 소모하는 것일까?

non-blocking / synchronous

• blocking 작업을 non-blocking하게 처리하기 위해서 새로운 thread를 만들고 blocking 작업을 수행하도록 하면 될 것 같다.
• 다만 synchronous하게 구현하기 위해서 blocking 작업을 수행중인 thread가 작업을 얼마나 진행했는지 main thread가 지속적으로 확인하는 비효율적인 행동을 해야 할 것 같다.

non-blocking / asynchronous

• 소프트웨어 수준에서 non-blocking / asynchronous를 지원할 수 있을 것 같다.
• 새로운 thread 등을 만들어 실행 흐름을 추가하고 main이 아닌 thread가 block된 상태를 처리하도록 한다면 main thread는 block되지 않은 채로 blocking process를 처리할 수 있을 것이다.
• 그리고 다른 thread에서 처리가 완료된 자료는 main thread가 여유 있을 때 확인하고 필요한 작업을 수행하면 될 것 같다.

https://blog.naver.com/tipsware/220810795410

fd_set, FD_SET, FD_ZERO에 대하여

fd_set

typedef struct
{
    __fd_mask fds_bits[__FD_SETSIZE / __NFDBITS];
} fd_set;

FD_ZERO

fd_set rfds;
FD_ZERO(&rfds);

FD_SET

int fd_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fd_set rfds;
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(fd_socket, &rfds);

FD_CLR

int fd_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fd_set rfds;
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(fd_socket, &rfds);
//	사용
FD_CLR(fd_socket, &rfds);	// 추가
close(fd_socket);	// 추가

FD_ISSET

int fd_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
fd_set rfds;
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(fd_socket, &rfds);
FD_ISSET(fd_socket, &rfds);	// 추가, 1 반환
//	사용
FD_CLR(fd_socket, &rfds);
FD_ISSET(fd_socket, &rfds);	// 추가, 0 반환
close(fd_socket);

2022-04-16

2022-04-17

• 우선 webserv tutorial에 나온 사이트를 참고하여 client와 server 프로그램을 만들고 실행해 보았다.

socket()

//	프로토타입
int socket(int domain, int type, int protocol);

//	예시
int socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

• 반환된 int 타입의 socket은 fd와 유사하게 사용된다.

bind()

//	프로토타입
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

//	예시
if (bind(socket, (struct sockaddr*) &socket_address, sizeof(socket_address)) == -1)
	//	error

• bind()의 두 번째 인자로 전달한 socket_address는 ‘struct sockaddr’ 타입 구조체이다!

struct sockaddr {
	__uint8_t       sa_len;         /* total length */
	sa_family_t     sa_family;      /* [XSI] address family */
	char            sa_data[14];    /* [XSI] addr value (actually larger) */
};

struct sockaddr_in {
	__uint8_t       sin_len;
	sa_family_t     sin_family;
	in_port_t       sin_port;
	struct  in_addr sin_addr;
	char            sin_zero[8];
};

• 아래와 같은 작은 궁금증(중요하지는 않다.)

https://stackoverflow.com/questions/41240492/why-is-the-address-length-parameter-neccessary-when-binding-a-socket-in-c

Why is the address length parameter neccessary when binding a socket in C?

• 왜 bind()는 socket address의 크기를 세 번째 인자로 전달받을까?
• 기본적으로 bind()는 socket address로 ipv4 뿐만 아니라 ipv6, blutooth 등 다양한 소켓 주소를 전달받을 수 있다.
• 그렇게 전달받은 소켓 주소 구조체의 주소와 그 구조체의 크기를 사용하여 유저 영역 메모리에 있는 소켓 주소 구조체 데이터를 커널 영역 메모리로 복사한다.

listen()

//	프로토타입
int listen(int socket, int backlog);

//	예시
if (listen(socket, 5) == -1)
	//	error

• SOCK_STREAM으로 생성된 sock로만 호출 가능하다.

accept()

//	프로토타입
int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address, socklen_t *restrict address_len);

//	예시
int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*) &client_address, &clientAddress_size);
if (client_socket == -1)
	//	error

• socket과 동일한 property를 가지는 새로운 socket을 생성하여 반환한다.
• If no pending connections are present on the queue, and the socket is not marked as non-blocking, accept() blocks the caller until a connection is present.
  • 첫 번째 인자인 socket이 non-blocking이 아닌데 큐에 대기 중인 연결이 없으면 accept()는 연결이 요청될 때까지 caller를 block한다.
• 만약 socket이 non-blocking인데 큐에 대기 중인 연결이 없으면 accept()는 -1을 반환한다.
• 두 번째 인자는 값을 저장하기 위해 accept()에게 전달하는 주소값인데, 연습용 프로그램에서는 읽어온 이 값을 사용하지는 않았다.(어딘가 쓸 데가 있겠지? 당장 중요하지는 않다.)
• 세 번째 인자는 사용자가 값을 sizeof(client_address)로 초기화 한 후에 주소값을 전달한다.
  • accept()가 반환된 후에 address_len에는 반환한 socket의 address의 실제 크기가 저장된다.
• SOCK_STREAM으로 생성된 sock로 호출 가능하다.

https://velog.io/@jyongk/TCP-Socket-Blocking-Non-Blocking

TCP Socket - Blocking / Non-Blocking

fcntl(sock_fd, F_SETFL, flag | O_NONBLOCK);

• sock_fd를 non-blocking으로 만든다.

http://openlook.org/src/articles/maso0109-kqueue.pdf

Fork, Thread 그리고 Asynchronous

• fork는 접속 처리가 안정적이고 보안 처리가 쉽지만, resource 낭비가 심해서 많은 response를 처리하기 힘들다.
• thread는 접속 처리가 쉽고 resource 낭비는 fork에 비해 덜하지만, thread safe code를 주의해서 사용해야 하고, thread safe한 code를 지원하지 않는 library를 사용하는 데에는 문제가 발생할 수 있다.
• select나 poll을 이용한 non-blocking 처리는 blocking되는 함수들을 사용하지 못한다고 한다.(왜 그럴까? 불가능 한 걸까 지양해야 하는 걸까? 난 지양해야 하는 것일 것 같다.)
• thread나 fork에 비해 non-blocking이 30 ~ 40% 정도 더 성능이 좋다고 한다.

<arpa/inet.h>

uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

• h는 host, n은 network의 약자
• s는 small, l은 long의 약자
• network는 big endian이다.
• 만약 network도 big endian인 경우 해당 macro는 null로 정의된다.

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

• c_string을 in_addr_t로 변환

2022-04-18

http://openlook.org/src/articles/maso0109-kqueue.pdf

select()

//	fd_set
typedef struct fd_set {
	__int32_t       fds_bits[__DARWIN_howmany(__DARWIN_FD_SETSIZE, __DARWIN_NFDBITS)];
} fd_set;

//	프로토타입
int select(int nfds,
		fd_set *restrict readfds,
		fd_set *restrict writefds,
		fd_set *restrict errorfds,
		struct timeval *restrict timeout);

• fd_set은 32bit int 타입 배열 하나를 멤버 변수로 가지는 구조체

poll()

//	프로토타입
int poll(struct pollfd fds[], nfds_t nfds, int timeout);

kqueue()

//	프로토타입
int kqueue(void);

int kevent(int kq, const struct kevent *changelist, int nchanges, struct kevent *eventlist, int nevents, const struct timespec *timeout);