[C++ 네트워크 프로그래밍] Day 16: 비동기 I/O와 이벤트 드리븐 프로그래밍

비동기 I/O와 이벤트 드리븐 프로그래밍

비동기 I/O(Asynchronous I/O)는 프로그램이 I/O 작업을 요청한 후, 그 작업이 완료될 때까지 기다리지 않고 다른 작업을 계속 수행할 수 있도록 하는 방식입니다. 이벤트 드리븐 프로그래밍(Event-driven programming)은 특정 이벤트가 발생할 때 미리 정의된 작업(콜백 함수)을 수행하는 프로그래밍 방식입니다. 이 두 가지 개념을 결합하면 효율적이고 응답성이 좋은 네트워크 애플리케이션을 개발할 수 있습니다.

비동기 I/O의 장점

1. 높은 응답성: I/O 작업이 완료될 때까지 기다리지 않으므로, 다른 작업을 계속 수행할 수 있습니다.
2. 효율적인 자원 사용: 비동기 I/O를 사용하면 스레드가 블록되지 않으므로, 시스템 자원을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
3. 고성능: 많은 클라이언트 요청을 동시에 처리할 수 있어 고성능 서버를 구현할 수 있습니다.

Boost.Asio를 이용한 비동기 I/O와 이벤트 드리븐 프로그래밍

Boost.Asio는 비동기 I/O와 이벤트 드리븐 프로그래밍을 지원하는 강력한 라이브러리입니다. 이를 사용하여 비동기 네트워크 프로그래밍을 쉽게 구현할 수 있습니다.

비동기 I/O 구현 예제

비동기 TCP 에코 서버

AsyncEchoServer.h

#ifndef ASYNCECHOSERVER_H
#define ASYNCECHOSERVER_H

#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/beast.hpp>
#include <memory>
#include <iostream>

namespace beast = boost::beast; // Boost.Beast 네임스페이스
namespace net = boost::asio; // Boost.Asio 네임스페이스
using tcp = net::ip::tcp; // TCP 네임스페이스

// 세션 클래스 정의
class Session : public std::enable_shared_from_this<Session> {
public:
    // 생성자
    explicit Session(tcp::socket socket)
        : socket_(std::move(socket)) {}

    // 세션 실행
    void run() {
        do_read();
    }

private:
    // 데이터 읽기
    void do_read() {
        auto self = shared_from_this();
        socket_.async_read_some(net::buffer(data_),
            [this, self](beast::error_code ec, std::size_t length) {
                if (!ec) {
                    do_write(length);
                }
            });
    }

    // 데이터 쓰기
    void do_write(std::size_t length) {
        auto self = shared_from_this();
        net::async_write(socket_, net::buffer(data_, length),
            [this, self](beast::error_code ec, std::size_t /*length*/) {
                if (!ec) {
                    do_read();
                }
            });
    }

    tcp::socket socket_;
    char data_[1024];
};

// 리스너 클래스 정의
class Listener : public std::enable_shared_from_this<Listener> {
public:
    // 생성자
    Listener(net::io_context& ioc, tcp::endpoint endpoint)
        : acceptor_(ioc), socket_(ioc) {
        beast::error_code ec;

        // 소켓 열기
        acceptor_.open(endpoint.protocol(), ec);
        if (ec) {
            std::cerr << "오류: " << ec.message() << std::endl;
            return;
        }

        // 소켓 옵션 설정
        acceptor_.set_option(net::socket_base::reuse_address(true), ec);
        if (ec) {
            std::cerr << "오류: " << ec.message() << std::endl;
            return;
        }

        // 바인딩
        acceptor_.bind(endpoint, ec);
        if (ec) {
            std::cerr << "오류: " << ec.message() << std::endl;
            return;
        }

        // 수신 대기
        acceptor_.listen(net::socket_base::max_listen_connections, ec);
        if (ec) {
            std::cerr << "오류: " << ec.message() << std::endl;
            return;
        }

        do_accept();
    }

private:
    // 연결 수락
    void do_accept() {
        acceptor_.async_accept(socket_,
            [this](beast::error_code ec) {
                if (!ec) {
                    std::make_shared<Session>(std::move(socket_))->run();
                }
                do_accept();
            });
    }

    tcp::acceptor acceptor_;
    tcp::socket socket_;
};

#endif // ASYNCECHOSERVER_H

 

main.cpp

#include <iostream>
#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/beast.hpp>
#include <memory>
#include "AsyncEchoServer.h"

namespace net = boost::asio;
using tcp = net::ip::tcp;

int main() {
    try {
        // 서버 주소 및 포트 설정
        auto const address = net::ip::make_address("0.0.0.0");
        auto const port = static_cast<unsigned short>(std::atoi("12345"));
        net::io_context ioc{1};

        // 리스너 생성 및 실행
        std::make_shared<Listener>(ioc, tcp::endpoint{address, port})->run();
        ioc.run();
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "예외 발생: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

 

설명

위의 코드는 Boost.Asio를 사용하여 비동기 TCP 에코 서버를 구현한 예제입니다. 이 서버는 클라이언트의 연결을 수락하고, 데이터를 주고받는 기능을 제공합니다.

• Session 클래스:
  • Session 클래스는 클라이언트와의 세션을 관리합니다. 클라이언트와 데이터를 주고받습니다.
  • do_read() 함수는 클라이언트로부터 데이터를 비동기적으로 읽습니다.
  • do_write() 함수는 클라이언트에게 데이터를 비동기적으로 씁니다.
• Listener 클래스:
  • Listener 클래스는 클라이언트의 연결을 수락합니다. TCP 수신자를 사용하여 연결을 수락하고, 새로운 Session 객체를 생성합니다.
  • do_accept() 함수는 비동기적으로 클라이언트의 연결을 수락합니다.
• main 함수:
  • main 함수는 io_context를 생성하고, 리스너를 생성하여 실행합니다.
  • ioc.run()을 호출하여 io_context의 작업을 실행합니다.

이제 열여섯 번째 날의 학습을 마쳤습니다. 비동기 I/O와 이벤트 드리븐 프로그래밍의 기본 개념과 Boost.Asio를 사용하여 비동기 TCP 에코 서버를 구현하는 방법을 학습했습니다.

질문이나 피드백이 있으면 언제든지 댓글로 남겨 주세요. 내일은 "네트워크 보안 기초 (SSL/TLS)"에 대해 학습하겠습니다.