[내장형]하드웨어 최성태

<멀티플렉싱>

위 그림에서 볼 수 있듯이 멀티 프로세스를 이용해서 concurrent server - clients 간 통신할 때는 프로세스 자체를 복사해서 통신하므로 프로세스 복사로 인한 메모리 점유가 증가합니다.

(소켓을 관리하기 위해 프로세스가 필요하고 따라서 클라이언트가 접속할때마다 새로운 소켓생성을 위해 프로세스가 필요합니다.)

반면에 멀티플렉싱의 경우 하나의 프로세스(연결 접속을 위한 서버소켓과 클라이언트와의 통신을 위한 데이터수신용소켓을 만들어서)를 이용해서 여러 클라이언트와 접속합니다.

내부적으로는 멀티플렉싱의 경우 서버 한대에 여러대의 클라이언트가 접속되어 있을 때, 통신하고자 하는 클라이언트는 전송로를 통해 통신하고 다른 clients는 일시 대기하여야 합니다. 따라서 완전하게 동시적인(concurrent) 일대다수의 통신이라고 할 순 없지만 멀티프로세스를 이용한 concurrent통신과 달리 불필요한 메모리사용을 줄일 수 있습니다.

<select함수>

- 멀티플렉싱기반으로 통신할 때 프로그램은 select()함수에게 입/출력이 예상되는 소켓의 식별자 리스트를 명시한다. select()는 리스트의 식별자 중의 하나가 입/출력을 시행할 준비가 될 때까지 프로그램을 중단시키고 어떤 식별자가 준비가 되었는지(식별자의 개수)를 반환하여 알린다. 그 후에 프로그램은 그 식별자에 대한 입/출력작업이 블로킹되지 않을 것이라는 확신을 가지고 진행할 수 있다.

int select(int maxDescPlus1,fd_set *readDescs,fd_set *writeDescs,fd_set*exceptionDescs,struct timeval *timeout)

select()는 세 종류의 식별자 리스트를 검사하는데,
1. readDescs : 이 리스트에 있는 식별자들은 시스템에 의해 즉시 입력이 가능한지 확인된다. 즉, 입력가능으로 인해 반환된 식별자에 대해 recv()(또는 recvfrom())는 블로킹되지 않는다.
2. writeDescs : 이 리스트에 있는 식별자들은 시스템에 의해 즉시 출력이 가능한지 확인된다. 즉, 출력 가능으로 인해 반환된 식별자에 대해 send()(또는 sendto())는 블로킹되지 않는다.
3. exceptionDescs : 이 리스트에 있는 식별자들은 시스템에 의해 예상되는 예외 사항이나 에러가 발생했는지 확인된다.

세가지 식별자 리스트 위치 어느 곳에서라도 NULL을 전달하면 select()는 대상 리스트에 대한 입/출력 감시를 하지 않는다. 예를 들어, exceptionDescs위치에 NULL값을 전달하면 select()는 어떤 소켓에 대해서도 오류나 예외 사항을 검사하지 않는다.

void FD_ZERO(fd_set *descriptorVector)
void FD_CLR(int descriptor,fd_set *descriptorVector)

void FD_SET(int descriptor,fd_set *descriptorVector)
void FD_ISSET(int descriptor,fd_set *descriptorVector)

FD_ZERO()는 식별자 리스트를 비운다. FD_SET()와 FD_CLR()는 리스트에 특정 식별자를 추가하거나 제거한다. FD_ISSET()는 리스트에 특정 식별자의 값이 설정되어 있는지 확인하고 주어진 식별자가 리스트에 있으면 0이 아닌 값을 반환하며, 그렇지 않으면 0을 반환한다.

리스트에 담을 수 있는 식별자의 최대 개수는 시스템 정의 상수인 FD_SETSIZE에 정의되어 있다. 상수에 정의된 숫자는 상당히 크지만 대부분의 응용프로그램에서 실제로 검사를 원하는 식별자의 개수는 상당히 적다. 매번 FD_SETSIZE만큼 검사하면 비효율적이므로 시스템은 이를 효율적으로 처리하기 위해서 힌트가 되는 정보를 select()함수가 첫번째 파라미터로 받아들이도록 했다. 이 힌트의 값은 입/출력 검사를 위해 세가지 리스트에 추가된 식별자 중에서 가장 값이 큰 식별자 번호를 나타내어 시스템이 검사하는 식별자의 범위를 제한한다. 다른 말로 maxDescPlus1의 값을 최대 식별자값인 5에 1을 더한 값으로 설정하면 된다.
maxDescPlus1값은 세 가지 리스트에 모두 적용된다는 것에 주목하자. 만약 예외를 검사하는 리스트에 추가된 가장 큰 식별자의 값이 7이고 읽기와 쓰기를 검사하려는 리스트에 추가된 최대 식별자의 값이 각각 5와 2라면, 이때 maxDescPlus1은 8로 설정해야 한다.

최대 세 종류의 입/출력 검사를 위해 동시에 아주 많은 식별자들을 확인하기 위한 기능이 필요하면 어떻게 할까? 걱정할 필요가 없다. select()는 이 문제도 잘 처리해 낸다. 마지막 파라미터인 timeout은 select()가 얼마나 오랫동안 입/출력 검사를 한 후에 반환되어야 하는지를 나타낸다. timeout인자는 timeval자료 구조체에 명시된다.
struct timeval
{
time_t tv_sec; //Seconds
time_t tv_usec; //Microseconds
};

만약 timeval 구조체 명시된 시간이 어떤 특정 식별자들이 입/출력에 준비가 되기 전에 지나버린다면, select()는 0을 반환한다. 만약 timeout이 NULL로 전달되면, select()는 시간제한없이 적어도 하나의 식별자가 파일 또는 소켓의 입/출력 준비가 될 때까지 대기한다. tv_sec와 tv_usec를 0으로 설정하면 select()는 리스트에 추가된 입/출력 식별자들을 검사할 수 있도록 즉시 반환된다.
에러가 발생하지 않으면 select()는 입/출력 준비가 된 식별자의 모든 개수를 반환한다.
select()는 리스트 내에서 입/출력 준비가 된 식별자의 위치에 해당하는 비트는 1로, 준비가 되지 않은 식별자의 위치에 해당하는 비트는 0으로 설정하여 그 둘을 구별한다. 예를 들어 0,3,5 식별자가 readDescs리스트에 추가되어 있고 쓰기와 에러를 위한 리스트는 NULL로 설정되어 있다고 하자. 이 때 0과 5번 식별자가 가리키는 파일 또는 소켓에 읽기 준비가 되면 select()는 2를 반환하고, readDescs리스트에서는 0과 5에 해당하는 비트를 1로 설정하며, 그 밖에 비트는 0으로 설정한다. 에러가 발생하면 select()는 -1을 반환한다.

// select.c

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/time.h>

#define BUFSIZE 30

int main(int argc, char *argv[])
{
fd_set reads, temps;
int result;
char message[BUFSIZE];
int str_len;
struct timeval timeout;

FD_ZERO(&reads); //0으로 초기화
FD_SET(0,&reads); //파일디스크립터 0(stdin)설정

/*
timeout.tv_sec = 5;
timeout.tv_usec = 100000;
*/ //잘못된 timeout 설정

while(1)
{
temps = reads; //원본 보존위해 복사본 temp를 이용

timeout.tv_sec = 5; //timeout 설정
timeout.tv_usec = 0;

result = select(1,&temps,0,0,&timeout);
if(-1 == result) //select()오류 발생
{
puts("select() : 오류발생");
exit(1);
}
else if(0 == result) //타임아웃에 의한 리턴
{
puts("select() : 시간이 초과되었습니다. ");
}
else //파일디스크립터 변화에 의한 리턴
{
if(FD_ISSET(0,&temps))
{
str_len = read(0,message, BUFSIZE);
message[str_len] = 0;
fputs(message,stdout);
}
}
}
return 0;
}

<소스 결과>