입출력 다중화 (파일 디스크립터, select)

입출력 다중화는 단일 프로세스에서 여러 개의 파일을 제어할 수 있도록 해준다. 입출력 다중화는 여러 개의 파일을 다루기 위해서, 파일 기술자(FD, File Descriptor)를 배열(그룹)로 관리한다. 데이터 변경을 감시할 파일 기술자를 배열에 포함시키고, 배열에 포함된 파일 기술자에 변경이 발생하면 파일 기술자에 대응하는 배열에 표시하는 방식이다. 사용자는 파일 기술자 배열의 값을 검사(FD_ISSET)하는 방식으로 여러 개의 파일을 처리할 수 있게 된다. (일반적으로 파일 기술자 테이블의 크기는 1024라 한다. 이는 프로세스가 열 수 있는 파일의 최대 개수, 파일 기술자 테이블의 크기로부터 영향을 받는다.)

• fd_set 구조체

typedef struct

{

    int fds_bits[32];

} fd_set;

변경의 확인은 이벤트 기반이 아니므로, 배열에 있는 모든 값을 전부 검사해야 하는데 1000개의 클라이언트가 연결되어 있다고 가정할 경우 1000개의 필드를 모두 검사해야 한다. 이 방식은 병렬 처리가 아니기 때문에 주의할 필요가 있는데 서버가 하나의 클라이언트를 처리하는 동안 다른 클라이언트는 대기해야 한다. 따라서 상대적으로 데이터 처리 과정이 짧은 서비스에 적합한 방식이라 볼 수 있다.

변경에 대한 확인은 select() 함수를 통하는데 select 함수는 데이터가 변경된 파일의 개수를 반환한다. 데이터가 변경된 파일의 목록을 반환하는 것이 아니기 때문에 사전에 연결된 파일의 번호를 가지고 있지 않으면 배열의 개수만큼 루프를 돌아야 할 수도 있다. (참고로 파일 디스크립터는 0부터 채번되고, 프로세스에서 사용하지 않는 가장 작은 값을 할당한다. 일반적으로 0번은 stdin, 1번은 stdout, 2번은 stderr.)

• FD_ZERO : fd_set 구조체를 초기화 한다. (모든 비트 값을 0으로 세팅)

fd_set rfds;

FD_ZERO(&rfds); // memset(&rfds, 0, sizeof(fd_set));

• FD_SET : 특정 파일 디스크립터를 fd_set 변수에 추가할 때 사용한다.

int fd_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

fd_set rfds;

FD_ZERO(&rfds);

FD_SET(fd_socket, &rfds);

• FD_ISSET : fd_set 변수의 특정 파일 디스크립터를 가리키는 비트가 1인지 확인한다.

• select() : fd_set 변수에서 1로 세팅된 파일 디스크립터에서 이벤트가 발생하면 이를 감지한다.

fd_set rfds, _fds;

FD_ZERO(&rfds);

FD_SET(1, &rfds);

FD_SET(3, &rfds);

max_fd = 3;

while (1) {

    _fds = rfds; // select() 후 fd_set 변수의 내용이 변경되므로 매번 복사본을 전달.

  

    select(max_fd + 1, &_fds, NULL, NULL, NULL); // 1, 3 값을 갖는(FD_SET으로 설정된) 파일 디스크립터의 이벤트를 감시한다.

    // ...

}

* 위 내용에서 '파일'은 '소켓'을 포함한다. (과거 시스템에서 소켓, 장치를 모두 파일의 개념으로 관리했었던 것에서 유래.)

참고 사이트: https://www.joinc.co.kr/w/Site/system_programing/File/select