동기와 비동기, Blocking vs Non-blocking

June 18, 2021 1 minute read

Summary

동기와 비동기의 차이점을 알아보고, Blocking과 Non-blocking I/O 모델에 대해서도 알아본다.

결과물을 돌려받는 시점이 다르다.
동기는 메소드를 실행시킴과 동시에 반환 값이 기대된다. ¹ 반면에, 비동기는 동시에 바로 반환 값이 기대되지 않다.

동시: 실행되었을 때 값이 반환되기 전까지는 blocking 되어 있다.
비동기: blocking 되지 않고(non-blocking) 이벤트 큐에 넣거나, 백그라운드 스레드에 해당 task를 위임하고 바로 다음 코드를 실행한다.

System call이 완료되지 않아도 나중에 완료가 되면 그때 결과물을 가져온다.
- 주로 Callback 함수를 통해 결과물을 가져온다.
비동기 방식은 동기보다 복잡하지만, 결과가 주어지는데 시간이 걸리더라도 그 시간 동안 다른 작업을 할 수 있으므로, 자원을 효율적으로 사용할 수 있다

blocking과 non-blocking의 차이는 프로그램이 바로 실행할 수 있는가/없는가 이다.(프로그램의 실행하는 순서 관점)

blocking: 어떤 이벤트가 끝날 때까지 기다린다.

I/O 작업이 진행되는 동안 유저 프로세스는 자신의 작업을 중단한 채 대기한다.
- System call 끝날때까지 프로그램은 대기해야 한다. System call 완료가 되면 리턴한다.
I/O 작업은 User level(application)에서 직접 수행 할 수 없고, Kernel level(OS)에서 일어나는 과정이다. ²
- 유저 프로세스(application)은 커널에 I/O작업에 대한 요청을 해야한다.
- I/O 작업 처리를 위해 user level application이 시스템 함수를 호출한다(system call). 이 때 context-switching이 발생한다.
- Kernel level에서 해당 I/O작업이 끝나고 데이터를 반환하면 그 때 애플리케이션 단의 스레드에 걸렸던 block이 풀린다.
- 애플리케이션 관점에서는 아무런 동작 안하고 멈춘 것 처럼 보이지만, 실제로는 커널에서 I/O작업을 수행하느라 block이 되어있는 상태.
Wait Queue에 들어간다.
cpu의 기본적인 I/O 모델로 리눅스에서 모든 소켓 통신은 기본 blocking으로 동작한다.
예) C언어의 scanf()를 사용하는 프로그램에서 사용자가 입력하기 전까지 대기한 상태로 scanf는 리턴하지 않는다.

Wait Queue에 존재하는 지 아닌지 차이³
Synchronous은 System Call의 Return을 기다리는 동안 Wait queue에 머물 수도 아닐 수도 있다.
- 작업을 요청한 후 작업의 결과가 나올 때까지 기다린 후 처리한다.
- Synchronous는 blocking 이거나 non-blocking 일 수 있다.⁴
Blocking은 System Call의 Return을 기다리는 동안 필수로 Wait queue에 머문다.
- I/O가 끝날 때가지 대기해야 한다.
- 끝나기 전에는 함수가 반환되지 않는다.
- blocking은 언제나 synchronous 하다.