Socket

• SW의 통신 접속점

• file 인터페이스를 활용 (fd table을 공유)

• TCP/IP를 이용하는 창구

  • Application <-> Socket <-> IP/TCP <-> Network Driver

• Socket 생성에 필요한 정보

  • TCP or UDP
  • 내 정보 (IP Address, Port)
  • 상대 정보 (IP Address, Port)

• 함수

  • int socket(domain, type, protocol)
    • domain: PF_INET (IP)
    • type:
      • SOCK_STREAM - TCP
      • SOCK_DGRAM - UDP

• Socket 주소 - IP Address, Port

  • sockaddr 구조체를 활용
  • sockaddr_in - 인터넷 전용

• IP Address 변환 함수

  • gethostbyname - domain name으로 address 정보를 가져옴
  • gethostbyaddr - ip address로 address 정보를 가져옴
  • inet_addr - string -> binary
  • inet_ntoa - binary -> string

struct hostent {
    char  *h_name;       // 공식 hostname
    char **h_aliases;    // alias 목록
    int    h_addrtype;   // 주소 타입(AF_INET 등)
    int    h_length;     // 주소 길이
    char **h_addr_list;  // IP 주소 목록
};

• TCP 통신 과정
  • server
    • socket() - 소켓 생성
    • bind() - sockaddr와 socket을 연결
    • listen() - 요청을 대기
    • accept() - 연결 요청 올 때까지 대기
    • send() - connection을 통해 메시지를 보냄
    • rect() - connection을 통해 메시지를 받음
  • client
    • socket() - 소켓 생성
    • connect() - 서버에 연결 요청
    • send() - connection을 통해 메시지를 보냄
    • rect() - connection을 통해 메시지를 받음
    • close() - 연결을 끊음 (buffer에 있는 packet을 모두 전송 후 종료)
• UDP 통신 과정
  • server
    • socket()
    • bind()
    • recvfrom() - ip addr 구조체를 명시한다.
    • sendto() - ip addr 구조체를 명시한다.
  • client
    • socket()
    • sendto()
    • recvfrom()
    • close()

Socket Server 구현 방식

• epoll
  • 리눅스 고성능 I/O 이벤트 처리 시스템
  • 읽을 준비가 된 Socket을 알려줌
  • 함수
    • epoll_create1()
      • epoll instance 생성
      • 커널에 event manager를 생성
      • fd를 리턴
    • epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &ev);

      	struct epoll_event {
      	    uint32_t events; // 알림 받을 이벤트
      	    epoll_data_t data; // 알림 받을 때 올려받을 데이터
      	};
      

    • epoll_wait(epdf, epoll_events, max_count, timeout)
      • 이벤트가 발생한 소켓을 반환
• select
  • thread 하나로 여러 socket을 감시
  • 함수
    • fd_set readfds - fd 집합
    • FD_SET(fd, &readfds) - fd set에 fd 추가
    • FD_ZERO(&readfds) - fd set을 초기화
    • select(int nfds, &readfds, &writefds, &exceptfds, timeout)
      • 읽을 수 있는 socket이 생길 때까지 대기
      • fd set에 감시할 fd 집합을 넘김
      • 준비된 fd만 남겨서 함수를 리턴함
    • FD_ISSET(fd, &readfds) - fd가 readfds에 존재하는지 확인
• IOCP (I/O Completion Port) (Windows)
  • vs epoll
    • IOCP - 읽기 작업을 수행한 후 알림
    • epoll - 읽을 준비 완료 알림
  • 장점
    • thread 수 감소
    • context switching overhead 감소
    • 커널이 스케줄링 최적화

• 웹 서버 구현 방식
  • fork 기반 - 초기 Apache HTTP Server
  • pthread 기반- Apache HTTP Server NPM
  • Select 기반
  • epoll 기반 - nginx, HAProxy, Redis