13.다양한 입출력 함수들

리눅스 기반에서의 send & recv 함수를 소개하겠습니다.

 

#include <sys/socket.h>

ssize_t send(int sockfd,const void  * buf, size_t nbytes,int flags);
->성공 시 전송된 바이트 수, 실패 시 -1 반환

sockfd	데이터 전송 대상과의 연결을 의미하는 소켓의 파일 디스크립터 전달.
buf	전송할 데이터를 저장하고 있는 버퍼의 주소 값 전달
nbytes	전송할 바이트 수 전달
flags	전송 시 적용할 옵션 정보 전달

 

#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void  * buf, size_t nbytes,int flags);
->성공 시 수신한 바이트 수(단 EOF 는 0), 실패 시 -1 반환

sockfd	데이터 수신 대상과의 연결을 의미하는 소켓의 파일 디스크립터 전달.
buf	수신할 데이터를 저장할 있는 버퍼의 주소 값 전달
nbytes	수신할 수 있는 최대 바이트 수 전달
flags	전송 시 적용할 옵션 정보 전달

 

두 함수 다 마지막 매개변수에 송수신시 적용할 옵션정보가 전달됩니다. 둘 이상 전송할 때는 비트 OR 연산자( | 연산자) 를 사용하면 됩니다. 

 

옵션의 종류와 의미를 정리해보겠습니다.

 

옵션(Option)	의미	함수
MSG_OOB	긴급데이터(Out-of-band-data)의 전송 위한 옵션	send,recv
MSG_PEEK	입력버퍼에 수신된 데이터의 존재유무 확인	recv
MSG_DONTROUTE	데이터 전송과정에서 라우팅 테이블을 참조하지 않을 것을 요구하는 옵션 -> 로컬 네트워크상에서 목적지를 찾을 때 사용	send
MSG_DONTWAIT	입출력 함수 호출과정에서 블로킹 되지 않을 것을 요구하기 위한 옵션  -> 넌-블로킹(Non-blocking) IO 의 요구에 사용됨	send,recv
MSG_WAITALL	요청한 바이트 수에 해당하는 데이터가 전부 수신될 때가지, 호출된 함수가 반환되는 것을 막기위함	recv

정리한 옵션의 지원여부는 운영체제 마다 다를 수 있습니다!

 

-MSG_OOB : 긴급 메세지 전송

'Out-of-band-data'라 불리는 긴급 메세지의 전송에 사용됩니다. 

예를 들면 병원의 응급실을 예로 들 수 있습니다. 응급 환자는 일반 환자와 처리방법 및 경로가 달라야합니다. 이처럼 MSG_OOB는 긴급으로 전송해야할 메시지가 있어서 메시지의 전송방법 및 경로를 달리하고자 할때 사용됩니다. 

 

다음은 데이터 송신 코드입니다. 

//oob_send.c 
//data send code

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int sock;
	struct sockaddr_in recv_adr;

	if(argc!=3) {
		printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
		exit(1);
	 }

	sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 	memset(&recv_adr, 0, sizeof(recv_adr));
	recv_adr.sin_family=AF_INET;
	recv_adr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
	recv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
  
	if(connect(sock, (struct sockaddr*)&recv_adr, sizeof(recv_adr))==-1)
		error_handling("connect() error!");
	
    //데이터 전송
	write(sock, "123", strlen("123"));
	send(sock, "4", strlen("4"), MSG_OOB);//긴급데이터
	write(sock, "567", strlen("567"));
	send(sock, "890", strlen("890"), MSG_OOB);//긴급데이터
    
    
	close(sock);
	return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

 

수신은 송신에 비해 복잡한 과정을 거칩니다. 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);
void urg_handler(int signo);

int acpt_sock;
int recv_sock;

int main(int argc, char *argv[])
{
	struct sockaddr_in recv_adr, serv_adr;
	int str_len, state;
	socklen_t serv_adr_sz;
	struct sigaction act;
	char buf[BUF_SIZE];

	if(argc!=2) {
		printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]); 
		exit(1);	
	 }
	
	act.sa_handler=urg_handler;//프로세스가 등록한 시그널 핸들러 호출 
	sigemptyset(&act.sa_mask);
	act.sa_flags=0; 
	
	acpt_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	memset(&recv_adr, 0, sizeof(recv_adr));
	recv_adr.sin_family=AF_INET;
	recv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	recv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

	if(bind(acpt_sock, (struct sockaddr*)&recv_adr, sizeof(recv_adr))==-1)
		error_handling("bind() error");
	listen(acpt_sock, 5);

	serv_adr_sz=sizeof(serv_adr);
	recv_sock=accept(acpt_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, &serv_adr_sz);
	
	fcntl(recv_sock, F_SETOWN, getpid()); 
	state=sigaction(SIGURG, &act, 0);
    //SIGURG 중요,
    //긴급 메세지를 수신하게 되면 운영체제가 SIGURG 시그널을 발생시켜 프로세스가 등록한 시그널 핸들러 호출
	
	while((str_len=recv(recv_sock, buf, sizeof(buf), 0))!= 0) 
	{
		if(str_len==-1)
			continue;
		buf[str_len]=0;
		puts(buf);
	}
	close(recv_sock);
	close(acpt_sock);
	return 0; 
}

//시그널 핸들러 함수
void urg_handler(int signo)
{
	int str_len;
	char buf[BUF_SIZE];
	str_len=recv(recv_sock, buf, sizeof(buf)-1, MSG_OOB);//긴급수신을 위한 호출 문장
	buf[str_len]=0;
	printf("Urgent message: %s \n", buf);
}

void error_handling(char *message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

 

- fcntl(recv_sock,F_SETOWN,getpid());

이 함수는 파일 디스크립터의 컨트롤에 사용됩니다. 그런데 여기서 보인 위 문장을 다음의 의미가 있습니다. 

 

"파일 디스크립터 recv_sock이 가리키는 소켓의 소유자(F_SETOWN)를 getpid 함수가 반환하는 ID 의 프로세스로 변경시키겠다" 

 

저도 이 파트를 이해하기 어려웠는데요 . 한번 같이 알아봅시다. 일단 소켓의 소유자라는 말은 운영체제, (소켓의 소유자는 엄밀히 말하자면 운영체제입니다) 다만 여기서 소유자는 소켓에서 발생하는 모든 일의 책임 주체를 의미합니다. 그럼 다음과 같은 표현이 가능해지는데요.

 

"파일 디스크립터 recv_sock 이 가리키는 소켓에 의해 발생하는 SIGURG시그널을 처리하는 프로세스를 GETPID 함수가 반환하는 ID의 프로세스로 변경시키겠다."

 

파랑색 줄 부분은 SIGURG 시그널의 핸들러 함수호출을 의미합니다. 

 

여기서 드는 의문은 하나의 소켓에 대한 파일 디스크립터를 여러 프로세스가 공유할 수 있다는 겁니다. fork() 함수호출을 통해 파일 디스크립터까지 복사되는 경우도 이에 해당합니다. 그렇기 때문에 반드시 시그널을 처리할 프로세스를 지정해주어야합니다. getpid는 이 함수를 호출한 프로세스의 ID를 반환하는 함수입니다. 결국 이 문장은 

'현재 실행중인 프로세스를 SIGURG 시그널의 처리주체로 지정' 하는 것 입니다. 여러개의 프로세스를 호출할 수는 없음으로 맞는 말입니다. 

 

 

출력결과는 

123
Urgent message : 4
567
Urgent message : 0
89

 

출력 결과가 이상합니다. 옵션을 추가해서 데이터를 전달하니 딱 1 바이트만 반환 되는 걸 알 수 있습니다. 그리고 딱히 빨리 전송된것도 아닙니다. 사실 아쉽지만 MSB_OOB를 추가한다고 해서 더 빨리 데이터가 전송되는 것도 아니고 읽을 수 있는 데이터도 1 바이트 밖에 되지 않습니다. 나머지는 일반적 입력함수의 호출을 통해 읽힙니다. 왜냐하면 TCP 에서는 'Out-of-band data'가 존재하지 않기 때문입니다. 

 

이는 '전혀 다른 통신 경로로 전송되는 데이터'를 의미합니다. 다른 통신 경로가 제공되어야 하는데 TCP 에서는 별도로 제공해주지 않습니다. 다만 Urgent mode 를 통해 데이터를 전송해줄 뿐입니다. 

 

 

-Urgent mode 동작원리 

MSB_OOB옵션으로 데이터 수신 대상에게 데이터의 처리를 독촉하는데 진정한 의미가 있습니다. 물론 데이터 전송에는 '전송순서가 그대로 유지된다'는 TCP의 전송특성은 그대로 유지가 됩니다. 

 

'뭐가 긴급메세지냐' 라는 의견이 있을 수 있지만 처리를 재촉하기 때문에 긴급메시지가 맞습니다! 이는 빠른 이동을 보장하지는 않지만 (빠른 전송은 프로그래머의 몫입니다) 긴급메시지가 전송되었다는게 인지 됐으면 됩니다. 

 

 

-입력 버퍼 검사하기 

MSG_PPEK 옵션은 MSG_DONTWAIT 옵션과 함께 설정되어 입력버퍼에 수신된 데이터가 존재하는지 확인하는 용도로 사용됩니다. MSG_PEEK면 데이터가 읽혀지더라도 입력 버퍼에서 데이터가 지워지지 않습니다. 그래서 MSG_DONTWAIT 옵션과 묶어 블로킹 되지 않는 데이터 존재 유무를 확인하기 위한 함수의 호출 구성에 사용됩니다. 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int sock;
	struct sockaddr_in send_adr;
	if(argc!=3) {
		printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
		exit(1);
	 }

	sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	memset(&send_adr, 0, sizeof(send_adr));
	send_adr.sin_family=AF_INET;
	send_adr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
	send_adr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
  	
	if(connect(sock, (struct sockaddr*)&send_adr, sizeof(send_adr))==-1)
		error_handling("connect() error!");
	
	write(sock, "123", strlen("123"));//문자열 전송
	close(sock);
	return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int acpt_sock, recv_sock;
	struct sockaddr_in acpt_adr, recv_adr;
	int str_len, state;
	socklen_t recv_adr_sz;
	char buf[BUF_SIZE];
	if(argc!=2) {
		printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
		exit(1);
	}
	
	acpt_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	memset(&acpt_adr, 0, sizeof(acpt_adr));
	acpt_adr.sin_family=AF_INET;
	acpt_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	acpt_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));
	
  	if(bind(acpt_sock, (struct sockaddr*)&acpt_adr, sizeof(acpt_adr))==-1)
		error_handling("bind() error");
	listen(acpt_sock, 5);
	
	recv_adr_sz=sizeof(recv_adr);
	recv_sock=accept(acpt_sock, (struct sockaddr*)&recv_adr, &recv_adr_sz);
	
	while(1)
	{
		str_len=recv(recv_sock, buf, sizeof(buf)-1, MSG_PEEK|MSG_DONTWAIT);
        //데이터가 없어서도 블로킹 상태ㅑ에 두지 않기 위해 함께 전달
		if(str_len>0)
			break;
	}

	buf[str_len]=0;
	printf("Buffering %d bytes: %s \n", str_len, buf);
 	
	str_len=recv(recv_sock, buf, sizeof(buf)-1, 0);
	buf[str_len]=0;
	printf("Read again: %s \n", buf);
	close(acpt_sock);
	close(recv_sock);
	return 0; 
}

void error_handling(char *message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

 

 

 

마지막으로 readv & writev 함수의 사용을 알아보겠습니다. 

둘은 간단히 말하자면 '데이터를 모아서 전송하고 모아서 수신하는 기능의 함수 '입니다. 

즉 writev 함수를 사용하면 여러 버퍼에 나뉘어 저장되어 있는 데이터를 한번에 전송 가능 하고 readv 는 여러 버퍼에 나누어 수신할 수 있습니다.

 

#include <sys/uio.h>

ssize_t writev(int fildes,const struct iovec * iov, int iovcnt);
->성공 시 전송된 바이트 수, 실패 시 -1 반환

 

fildes	데이터 전송의 목적지를 나타내는 소켓의 파일 디스크립터 전달, 콘솔이나 파일도 가능
iov	구조체 iovec 배열의 주소 값 전달
iovcnt	두번째 인자의 배열의 길이정보 전달

 

struct iovec{
	void * iov_base;//버퍼의 주소정보
    size_t lov_len;//버퍼의 크기 정보
    
   }

 

#include <sys/uio.h>
ssize_t readv(int filedex,const struct iovec * iov,int iovcnt);
->성공ㅇ 시 수신된 바이트 수 , 실패 시 -1 반환

fildes	데이터 수신 파일 디스크립터
iov	구조체 iovec 배열의 주소 값 전달
iovcnt	두번째 인자의 배열의 길이정보 전달

 

 

둘의 사용법은 별로 어렵지 않음으로 적절한 사용의 예를 알아보겠습니다. 

예를 들어 전송해야할 데이터가 여러버퍼에 나누어져있다거나 할 때입니다.

함수 호출을 줄이는 것도 좋지만 사실 전송되는 패킷의 수를 줄이는 게 더 큰 의미가 있습니다. 그렇기 때문에 Nagle 알고리즘이 중지된 상황에서 더 활요의 가치가 높습니다.