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C# - I/O 스레드를 사용한 비동기 소켓 서버/클라이언트

지난 글에 이어,

C# - 파일의 비동기 처리 유무에 따른 스레드 상황
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12251

이번에는 소켓에 대한 비동기를 다뤄볼 텐데, 마이크로소프트의 문서에 나온 비동기 서버 소켓 예제로,

Asynchronous Server Socket Example
; https://docs.microsoft.com/ko-kr/dotnet/framework/network-programming/asynchronous-server-socket-example

테스트해보겠습니다. 사실 서버 측의 비동기 동작은 Accept가 전부이므로 그 부분만 요약해서 정리하면 다음과 같습니다.

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        public static ManualResetEvent _eventAccept = new ManualResetEvent(false);

        static void Main(string[] args)
        {
            IPEndPoint localEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 11000);
            Socket listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

            try
            {
                listener.Bind(localEndPoint);
                listener.Listen(10);

                while (true)
                {
                    _eventAccept.Reset();

                    Console.WriteLine("Waiting for a connection...");
                    listener.BeginAccept(AcceptCallback, listener);

                    _eventAccept.WaitOne();
                }
            }
            catch { }
        }

        private static void AcceptCallback(IAsyncResult ar)
        {
            Console.WriteLine("Accepted");
            Console.ReadLine();

            _eventAccept.Set();

            Socket listener = (Socket)ar.AsyncState;

            Socket clientSocket = listener.EndAccept(ar);
            clientSocket.Close();
        }
    }
}

소켓의 비동기가 다소 편리한 점이 있다면, 지난 글에서 다룬 FileStream과는 달리 명시적으로 비동기 소켓 지정이 필요 없다는 것입니다. 단순히 그냥 Begin/End APM 패턴 호출을 하면 .NET Framework BCL 내부에서 FILE_FLAG_OVERLAPPED 관련 처리를 자동으로 해주기 때문입니다.

실제로 위의 예제를 실행해 BeginAccept까지 실행한 시점에 windbg로 살펴보면,

0:000> !threads
ThreadCount:      3
UnstartedThread:  0
BackgroundThread: 2
PendingThread:    0
DeadThread:       0
Hosted Runtime:   no
                                                                                                        Lock  
       ID OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
   0    1 4238 0000022c068a30c0  202a020 Preemptive  0000022C08501CD0:0000022C08501FD0 0000022c06878800 0     MTA 
   5    2 8950 0000022c068ce4c0    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 0000022c06878800 0     MTA (Finalizer) 
   6    3 4ffc 0000022c069302a0  1020220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 0000022c06878800 0     Ukn (Threadpool Worker) 

0:000> !eestack
---------------------------------------------
Thread   0
Current frame: ntdll!NtWaitForMultipleObjects+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
...[생략]...
00000047c7faee50 00007ffe5df59c9f (MethodDesc 00007ffe5db78d98 +0x2f System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32, Boolean)), calling (MethodDesc 00007ffe5db78dc0 +0 System.Threading.WaitHandle.InternalWaitOne(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, Int64, Boolean, Boolean))
00000047c7faee90 00007ffe1f9d0a8c (MethodDesc 00007ffe1f8c5a28 +0x18c ConsoleApp1.Program.Main(System.String[]))
...[생략]...
00000047c7fafc80 00007ffe7f04cda4 clr!CorExeMain+0x14, calling clr!_CorExeMainInternal
00000047c7fafcc0 00007ffe804c8c01 mscoreei!CorExeMain+0x112
00000047c7fafcf0 00007ffe808a1560 MSCOREE!GetShimImpl+0x18, calling MSCOREE!InitShimImpl
00000047c7fafd00 00007ffe808aacd2 MSCOREE!CorExeMain_Exported+0x102, calling KERNEL32!GetProcAddressStub
00000047c7fafd20 00007ffe808aac42 MSCOREE!CorExeMain_Exported+0x72, calling MSCOREE!guard_dispatch_icall_nop
00000047c7fafd50 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c7fafd80 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop
---------------------------------------------
Thread   5
Current frame: ntdll!NtWaitForMultipleObjects+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
...[생략]...
00000047c86ffbf0 00007ffe7f038706 clr!FinalizerThread::FinalizerThreadStart+0x116, calling clr!ManagedThreadBase_DispatchOuter
00000047c86ffc50 00007ffe7ef15863 clr!operator delete+0x33
00000047c86ffc90 00007ffe7ef1b5b5 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x8b
00000047c86ffd10 00007ffe7ef1b590 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x66, calling clr!_chkstk
00000047c86ffd50 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c86ffd80 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop
---------------------------------------------
Thread   6
Current frame: ntdll!NtWaitForMultipleObjects+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
00000047c7fef5e0 00007ffe947b8910 KERNELBASE!WaitForMultipleObjectsEx+0xf0, calling ntdll!NtWaitForMultipleObjects
...[생략]...
00000047c7fef8d0 00007ffe7eff1397 clr!ThreadpoolMgr::WaitThreadStart+0xdd, calling KERNEL32!WaitForMultipleObjectsEx
00000047c7fef940 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c7fef970 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop

BeginAcccept에 따른 비동기 호출은 TCP device driver에 전달되어 Main을 실행하던 스레드만 WaitOne에 걸린 것을 볼 수 있습니다. 이후, 클라이언트 측의 소켓 연결로 AcceptCallback이 실행돼 "Console.ReadLine()" 메서드 호출 시점에 다시 windbg로 보면,

0:010> !threads
ThreadCount:      5
UnstartedThread:  0
BackgroundThread: 4
PendingThread:    0
DeadThread:       0
Hosted Runtime:   no
                                                                                                        Lock  
       ID OSID ThreadOBJ           State GC Mode     GC Alloc Context                  Domain           Count Apt Exception
   0    1 4238 0000022c068a30c0  202a020 Preemptive  0000022C08501CD0:0000022C08501FD0 0000022c06878800 0     MTA 
   5    2 8950 0000022c068ce4c0    2b220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 0000022c06878800 0     MTA (Finalizer) 
   6    3 4ffc 0000022c069302a0  1020220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 0000022c06878800 0     Ukn (Threadpool Worker) 
   7    4 5dc8 0000022c06936fd0  8029220 Preemptive  0000022C08502760:0000022C08503FD0 0000022c06878800 1     MTA (Threadpool Completion Port) 
  11    5 6bf4 0000022c06938da0  8029220 Preemptive  0000000000000000:0000000000000000 0000022c06878800 0     MTA (Threadpool Completion Port) 

0:010> !eestack
---------------------------------------------
Thread   0
Current frame: ntdll!NtWaitForMultipleObjects+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
...[생략]...
00000047c7faee50 00007ffe5df59c9f (MethodDesc 00007ffe5db78d98 +0x2f System.Threading.WaitHandle.WaitOne(Int32, Boolean)), calling (MethodDesc 00007ffe5db78dc0 +0 System.Threading.WaitHandle.InternalWaitOne(System.Runtime.InteropServices.SafeHandle, Int64, Boolean, Boolean))
00000047c7faee90 00007ffe1f9d0a8c (MethodDesc 00007ffe1f8c5a28 +0x18c ConsoleApp1.Program.Main(System.String[]))
...[생략]...
00000047c7fafcc0 00007ffe804c8c01 mscoreei!CorExeMain+0x112
00000047c7fafcf0 00007ffe808a1560 MSCOREE!GetShimImpl+0x18, calling MSCOREE!InitShimImpl
00000047c7fafd00 00007ffe808aacd2 MSCOREE!CorExeMain_Exported+0x102, calling KERNEL32!GetProcAddressStub
00000047c7fafd20 00007ffe808aac42 MSCOREE!CorExeMain_Exported+0x72, calling MSCOREE!guard_dispatch_icall_nop
00000047c7fafd50 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c7fafd80 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop
---------------------------------------------
Thread   5
Current frame: ntdll!NtWaitForMultipleObjects+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
...[생략]...
00000047c86ffbf0 00007ffe7f038706 clr!FinalizerThread::FinalizerThreadStart+0x116, calling clr!ManagedThreadBase_DispatchOuter
00000047c86ffc50 00007ffe7ef15863 clr!operator delete+0x33
00000047c86ffc90 00007ffe7ef1b5b5 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x8b
00000047c86ffd10 00007ffe7ef1b590 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x66, calling clr!_chkstk
00000047c86ffd50 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c86ffd80 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop
---------------------------------------------
Thread   6
Current frame: ntdll!NtDelayExecution+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
00000047c7fef830 00007ffe947b818e KERNELBASE!SleepEx+0x9e, calling ntdll!NtDelayExecution
00000047c7fef8a0 00007ffe947b8202 KERNELBASE!SleepEx+0x112, calling ntdll!RtlActivateActivationContextUnsafeFast
00000047c7fef8d0 00007ffe7eff12f9 clr!ThreadpoolMgr::WaitThreadStart+0x90, calling KERNEL32!SleepEx
00000047c7fef940 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c7fef970 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop
---------------------------------------------
Thread   7
Current frame: ntdll!NtReadFile+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
...[생략]...
00000047c87ff200 00007ffe5df98773 (MethodDesc 00007ffe5db7d3a8 +0x163 System.IO.StreamReader.ReadLine())
...[생략]...
00000047c87ffbb0 00007ffe7f09fbd5 clr!ThreadpoolMgr::CompletionPortThreadStart+0x604
00000047c87ffc20 00007ffe7ef15863 clr!operator delete+0x33
00000047c87ffc60 00007ffe7ef1b5b5 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x8b
00000047c87ffd60 00007ffe7ef1b590 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x66, calling clr!_chkstk
00000047c87ffda0 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c87ffdd0 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop
---------------------------------------------
Thread  11
Current frame: ntdll!NtRemoveIoCompletion+0x14
Child-SP         RetAddr          Caller, Callee
00000047c8b3fbc0 00007ffe947ce9bf KERNELBASE!GetQueuedCompletionStatus+0x4f, calling ntdll!NtRemoveIoCompletion
00000047c8b3fc20 00007ffe7f09faa6 clr!ThreadpoolMgr::CompletionPortThreadStart+0x215, calling KERNEL32!GetQueuedCompletionStatusStub
00000047c8b3fc90 00007ffe7ef15863 clr!operator delete+0x33
00000047c8b3fcd0 00007ffe7ef1b5b5 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x8b
00000047c8b3fe50 00007ffe7ef1b590 clr!Thread::intermediateThreadProc+0x66, calling clr!_chkstk
00000047c8b3fe90 00007ffe96346fd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x14, calling KERNEL32!guard_dispatch_icall_nop
00000047c8b3fec0 00007ffe96c9cec1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x21, calling ntdll!guard_dispatch_icall_nop

I/O 스레드 하나(위의 출력에서는 7번 스레드)가 AcceptCallback을 수행하고 있음을 확인할 수 있습니다. 즉, 비동기 I/O 호출에 따른 전형적인 스레드 사용예를 따르고 있는 것입니다.

io_thread_socket_dgm_1.png

이하, BeginReceive, BeginSend 모두 동일하게 I/O 스레드를 사용하는 것에는 변함이 없습니다.

(첨부 파일은 이 글의 예제를 포함하며, 다이어그램 또한 PPT 원본을 올렸습니다.)




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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 7/2/2020

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