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질문
답변
Boost.Asio의 io_context는 비동기 작업과 핸들러를 관리하는 핵심 컴포넌트로, 이벤트 루프의 역할을 합니다. 이 과정은 크게 두 가지로 나뉩니다: 비동기 작업과 핸들러가 io_context의 내부 큐에 저장되는 방식, 그리고 핸들러를 순차적으로 실행하는 이벤트 루프의 작동 방식입니다.
1. 완료된 비동기 작업과 핸들러의 저장
io_context는 내부적으로 작업 큐(task queue)와 완료 핸들러 큐(completion handler queue)를 관리합니다.
비동기 작업의 처리 흐름:
1.
비동기 작업 등록:사용자가 async_* 함수(예: async_read, async_wait)를 호출하면, io_context는 이 작업의 핸들러와 필요한 메타데이터를 저장하고, 비동기 작업 자체를 운영 체제나 비동기 I/O 메커니즘에 위임합니다.
2.
작업 완료 시 큐에 등록:작업이 완료되면, Boost.Asio는 핸들러를 완료 핸들러 큐에 추가합니다. 이 핸들러는 작업 결과(예: 데이터 수신, 타이머 완료 등)를 포함하여 실행 가능한 상태로 저장됩니다.
3.
핸들러 호출 대기:완료된 핸들러는 io_context::run을 통해 실행되기 전까지 큐에 대기합니다.
내부 큐의 구성:
•
작업 큐: 비동기 작업과 관련된 메타데이터가 저장됩니다. 작업이 완료되지 않은 상태에서 대기하는 작업입니다.
•
완료 핸들러 큐: 작업 완료 시 실행할 준비가 된 핸들러들이 저장됩니다. 이 큐는 이벤트 루프가 순차적으로 처리합니다.
2. 핸들러 실행 및 이벤트 루프
핸들러를 실행하는 과정은 이벤트 루프(Event Loop)로 작동합니다. 이벤트 루프는 io_context::run 메서드에서 실행됩니다.
이벤트 루프의 작동 방식:
1.
핸들러 가져오기: io_context의 완료 핸들러 큐에서 준비된 핸들러를 하나 가져옵니다.
2.
핸들러 실행: 가져온 핸들러를 호출합니다. 핸들러는 비동기 작업의 결과를 처리하거나 추가 작업을 등록할 수 있습니다.
3.
반복 실행: 완료 핸들러 큐에 남은 핸들러가 있다면 다음 핸들러를 가져와 실행합니다. 큐가 비어 있으면 io_context::run은 차단(block) 상태로 들어가, 새로운 작업이 완료될 때까지 대기합니다.
이벤트 루프의 흐름:
while (!io_context.done()) {
if (completion_handler_queue.has_handlers()) {
auto handler = completion_handler_queue.get_next_handler();
handler(); // 핸들러 실행
} else {
wait_for_new_work(); // 새로운 작업이 완료될 때까지 대기
}
}
C++
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3. 핸들러 실행의 순차성
•
io_context는 단일 스레드에서 실행될 경우, 완료 핸들러를 등록된 순서대로 순차적으로 실행합니다.
•
다중 스레드에서 io_context::run을 호출하면, 완료 핸들러 큐에 있는 작업들이 여러 스레드에서 병렬로 실행될 수 있지만, 각 핸들러는 단일 스레드에서 실행됩니다(핸들러 자체는 경쟁 상태가 없음).
4. 이벤트 루프와 io_context의 역할
•
이벤트 루프의 역할:io_context의 이벤트 루프는 비동기 작업 완료 후 핸들러를 실행하는 메커니즘입니다. 이는 전형적인 이벤트 루프 패턴을 따릅니다:
◦
작업 큐 관찰
◦
완료된 작업 처리
◦
대기와 실행 반복
•
io_context의 역할:io_context는 이벤트 루프를 관리하며, 비동기 작업의 등록, 핸들러 실행, 대기 등을 수행합니다.
간단한 그림으로 설명
1.
비동기 작업 등록 (async_* 호출):
[작업 등록] -> [작업 큐] -> (OS 또는 비동기 메커니즘)
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2.
작업 완료 및 핸들러 준비:
(작업 완료) -> [완료 핸들러 큐] -> (대기)
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3.
이벤트 루프에서 핸들러 실행:
[완료 핸들러 큐] -> [핸들러 실행] -> (반복)
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예제와 함께 보는 이벤트 루프
#include <boost/asio.hpp>
#include <iostream>
#include <thread>
void timerHandler1(const boost::system::error_code&) {
std::cout << "Timer 1 expired!\n";
}
void timerHandler2(const boost::system::error_code&) {
std::cout << "Timer 2 expired!\n";
}
int main() {
boost::asio::io_context io_context;
// 두 개의 타이머 등록
boost::asio::steady_timer timer1(io_context, std::chrono::seconds(2));
timer1.async_wait(timerHandler1);
boost::asio::steady_timer timer2(io_context, std::chrono::seconds(1));
timer2.async_wait(timerHandler2);
// 이벤트 루프 실행
io_context.run();
return 0;
}
C++
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실행 흐름:
1.
timer2가 먼저 완료 -> timerHandler2 실행.
2.
timer1이 완료 -> timerHandler1 실행.
출력:
Timer 2 expired!
Timer 1 expired!
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이 프로그램의 io_context.run()은 이벤트 루프를 실행하여 핸들러를 순차적으로 실행합니다.