03_TCP Connections

TCP connection overview

• accept()를 호출하면 새로운 connect 요청이 들어올 때까지 프로그램 실행이 block 됨
• recv를 호출하면 읽을 수 있는 새로운 데이터가 들어올 때까지 프로그램 실행이 block 됨

 

blocking의 문제점

만약 여러 서버, 클라이언트가 통신하는 상황에서

• (서버 입장) recv()를 호출하여 새로운 데이터가 들어올 때까지 프로그램 실행이 block 된다면? → block 상태로 데이터 수신을 대기하는 동안 다른 client의 요청을 처리하지 못함
• (client 입장) 여러 탭에서 각각의 웹페이지를 병렬로 로드해야 하는데 block되면 동시에 여러 웹페이지, 이미지, 리소스 등을 화면에 띄우는 것이 불가능함

—> 여러 connection을 동시에 처리할 수 있는 해결책: Polling non-blocking sockets, Forking and multithreading

 

Polling non-blocking sockets

• active 소켓을 계속 확인하여 데이터가 있는 지 검사함
• 단점: 대부분의 시간 동안 읽을 데이터가 없음 → 자원 낭비

 

Forking and multithreading

• 새로운 연결이 들어올 때마다 새로운 스레드나 프로세스를 생성하여 연결을 처리
• 단점: 멀티스레드나 멀티프로세스 프로그램은 디버깅 어려움

 

select()

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, 
                        struct timeval *timeout);

• 입력: 소켓 집합
• 출력: 준비된(read, write) 소켓 집합, 예외 상태가 있는지 알려줌
• readfds에서 read할 준비가 된 소켓이 하나라도 나올 때까지 block
• 소켓이 write할 준비가 됐거나 에러가 발생하면 리턴
• 지정된 시간 동안 아무 일도 발생하지 않으면 리턴

• fd_set 삭제: FD_CLR()

• select 호출 전에 fd_set 복사해서 복사본을 사용 → select가 fd_set을 수정하는 것을 막기 위해서
• 모니터링 할 fd 중 가장 큰 값의 +1한 값을 select의 첫 번째 인수로 사용

• FD_ISSET(socket s, fd_set *set): 소켓 s가 set에 있으면 0 제외 값을 리턴, set에 없으면 0을 리턴

• tv_sec: 초
• tv_usec: 마이크로 초
• 위 예제 코드는 1.5초 동안 copy라는 readfds에 read할 준비가 된 소켓이 있는지 확인 후 리턴 == 1.5초 뒤에 소켓 상태를 리턴

 

select 호출

• 리턴값
  • on Success: 준비된 fd의 개수
  • timeout 발생 O: 0
  • 에러 발생: -1
• readable 소켓 모니터링: fd_set에 소켓을 설정하고 소켓의 준비된 데이터를 확인
• writeable 소켓 모니터링: fd_set에 소켓을 설정하고 send() 호출 시 block 되지 않을 소켓을 확인

 

TCP client - program flow

1. getaddrinfo() 호출하여 서버 주소 세팅
2. socket() 호출하여 소켓 생성
3. connect() 호출하여 서버에 연결 요청 전송
4. 만약 stdin으로 입력받을 데이터가 있다면? → fgets() 호출하여 입력받고 → send() 호출하여 전송 4-1 stdin으로 입력받을 거 없으면 바로 5번으로
5. select() 호출하여 소켓 모니터링 하다가
6. 준비된 소켓이 발생하면 recv() 호출하여 데이터 읽음

 

~getaddrinfo()

1. args 3개 들어왔는지 확인하고 (client입장에서, client실행 명령어, hostname, port)

2. 서버 주소 세팅 - getaddrinfo()
   
   • SOCK_STREAM: TCP 연결을 지정
   • argv[1]: hostname
   • argv[2]: port
   • hostname, port 주소 정보를 가져오고 &hints 구조체의 소켓 유형 등 정보를 참고하여 peer_address에 결과(주소 정보)를 저장함

 

socket()

1. 소켓 생성
   

   

   • 새로운 소켓을 만들어서 서버 주소 세팅해줌

 

connect()

1. 연결 요청
   

   

   • peer_address(서버 주소)로 소켓 날려서 연결 요청 전송

 

select(), recv(), send()

• recv(): read한 바이트 수를 리턴
• 1보다 작으면 connection 끝나고 loop 중단

 

 

TCP Server

socket()

• AF_INET: IPv4
• AF_INET6: IPv6
• listen on port 8080
• socket()으로 소켓 생성(IP버전, TCP or UDP 프로토콜 등의 정보를 초기화)
• getaddrinfo() 호출하여 서버 주소 초기화 (IP주소, port번호, 서버의 주소 정보 구조체, 바인딩 할 구조체) 이 때 hints 구조체의 ip버전, 프로토콜(TCP, UDP) 등의 조건을 참고한다. → [getaddrinfo()를 이용해서 ip, port를 지정한 bind_address 구조체]를 따로 두는 이유는 IPv4, IPv6를 동시 지원하는 소켓으로 만들려고 == getaddrinfo()를 사용하는 이유
  • 0: 모든 로컬 IP주소를 사용하겠다(AI_PASSIVE 플래그가 설정된 경우)

 

bind(), listen()

• bind() 호출하여 소켓에 local address 연결(IP, port) → listening이 가능한 state가 됨
• listen() 호출하여 connection 요청 기다림

 

active 소켓을 저장하기 위한 set

• listening 중인 소켓을 소켓 집합인 master에 추가
• max_socket을 listening 중인 소켓으로 초기화

 

select()

• select() 사용할 때 fd_set이 바뀌는 걸 방지하기 위해 reads라는 fd_set에 master를 복사 → 복사본(reads) 사용

 

accept()

• reads에 있는 소켓(i)이 listening state인 소켓(socket_listen)이면 accept() 호출하여 client의 소켓 정보 저장 → client의 연결 요청 수락
• master(fd_set)에 client 정보를 저장한 소켓을 추가하고 이 소켓을 max 소켓으로 설정

아모르겠다

 

TCP Server-Client Architectual

 

Blocking on send()

1. send()를 호출하면 데이터는 OS가 제공하는 출력 버퍼에 복사됨
2. 출력 버퍼가 가득 차 있다면 버퍼에 빈 공간이 생길 때까지(새로운 데이터를 수용할 수 있을 때까지) send()는 block 상태로 대기함
3. 경우에 따라 send()가 block 되지 않고 호출된 데이터 중 일부만 전송할 수도 있음 → 이 경우 send()는 실제로 전송된 바이트 수를 리턴함 → 나머지 데이터는 호출자가 다시 시도해야 함

 

send()가 데이터를 다 전송할 때까지 반복적으로 호출하는 코드

int begin = 0;
while (begin < buffer_len) {
	int sent = send(peer_socket, buffer + begin, buffer_len - begin, 0);
	if (sent == -1) {
		//Handle error
	}
	begin += sent;
}