blocking, non-blocking IO, 동기, 비동기 개념 정리

IBM 아티클

아티클 내용 정리

IBM developer 사이트의 "Boost application performance using asynchronous I/O" (opens new window) 아티클에서는 AIO를 소개하면서, Synchrounous Blocking IO, Sync Non-Blocking IO, Async Blocking IO, Async Non-Blocking IO 를 각각 설명한다.

일단 (blocking io, non-blocking io, sync, async)공통적으로 IO는 user-space aplication 에서 직접 수행 될 수 없고 IO를 수행하기 위해서는 결국 커널에 한번 이상 시스템 콜을 보내야한다. 시스템 콜을 보내게되면 그 순간에 커널로 제어권이 넘어가고(context-switch), 유저 프로세스(or 스레드)는 제어권이 다시 돌아 오기 전에는 block이 된다. 쉽게 말하자면 block 이 되어 있는 동안 유저프로세스는 다른 작업을 하지 못하게 된다.

sync blocking IO :

• 시스템 콜이 들어오면, 커널은 IO 작업이 완료되기전에는 응답을 하지않는다.
• 즉 IO 작업이 완료되기전에는 제어권을 커널이 갖고있는다
• 그렇기에 시스템 콜을 보낸후에, 유저 프로세스는 응답을 받기 전에는 block이 되어 다른 작업을 하지못한다. 즉 IO 작업이 완료되기 전에는 다른 작업을 수행하지 못한다.

sync non-blocking IO :

• 시스템 콜이 들어오면, 커널은 IO 작업의 완료 여부와는 무관하게 즉시 응답을 해준다. (완료 되지않았다면 에러코드를 응답함.)
• 이는 커널이 시스템 콜을 받자마자 제어권을 다시 유저 프로세스에게 넘겨 준다는 것이기에, 유저 프로세스는 IO 가 완료 되기 전에도 다른 작업을 할수있는 것이다.
• 유저 프로세스는 다른 작업들을 수행하다가 중간 중간에 시스템 콜을 보내서 IO가 완료되었는지 커널에게 물어보게된다.

async blocking IO (이 ibm에서의 분류에 오류가 있다는 의견도 있다):

• 이 모델에서는 IO는 non-blocking이지만, 통지(notification)는 blocking 방식으로 하도록 되어있다.
• select() 는 유저 프로세스를 block 한다.
• select() 는 데이터가 사용이 가능해지면, 통지를 받게됨. 통지를 받으면 block을 품

async non-blocking IO:

• 시스템 콜이 들어오면, 커널은 IO 작업의 완료 여부와는 무관하게 즉시 응답을 해준다.
• 유저 프로세스는 IO 가 완료 되기 전에도 다른 작업을 할수있는 것이다.
• IO 처리는 백그라운드에서 실행되다가, 완료되면 커널이 유저 프로세스에게 알려줌.
  • 이는 sync non-blocking IO와의 차별점이라고 볼수있다.
  • sync nonblocking IO는 유저 프로세스가 IO 완료 여부를 커널에게 계속 물어봐야 했지만,
  • async non-blocking IO는 IO 완료가 되면 그때 커널이 유저프로세스에게 알려주는 방식이므로

IBM 아티클에 기반한 분류

IBM 아티클에서는 blocking, non-blocking, sync, async 의 차이를 명시하지는 않았지만, 아티클의 내용에 따라서 분류해보자면 다음과 같을것 같다.

TIP

• blocking: 작업을 요청하면 일단 요청한 쪽은 일단 block이 되고, 작업이 완료가 된후에 응답을 받을수 있음. 그렇기에 완료가 되기 전에는 요청한 쪽은 block이 되어 다른 작업을 수행하지 못함.
• non-blocking: 작업을 요청하면, 즉시 응답이 돌아옴
• 동기(sync): 작업을 요청한 측에서 작업의 완료 여부를 체크함.
• 비동기(async): 작업을 요청 받은 측에서 작업의 완료 여부를 알려줌

운영체제 교재에 기반한 분류

Operating System Concepts 라는 운영체제 교재(흔히 공룡책이라고 부르는 교재)에서도 blocking, non-blocking, async, sync의 차이를 설명하고있다.

TIP

• blocking: wait queue 에 들어가고, 시스템 콜이 완료된 후에 응답을 보냄.
• non-blocking: wait queue 에 들어가지 않고, 즉시 리턴함. (응답 또는 에러코드)
• 동기(sync): wait queue 에 머무는게 필수가 아니고, 시스템 콜의 완료를 기다림.
• 비동기(async): 즉시 리턴하고, 시스템콜의 완료을 기다리지않음.

특정 블로그 자료에 따른 분류

같은 주제를 다루는 여러 블로그 자료를 확인 해봤는데, homeoefficio 님의 자료가 가장 직관적으로 이해할수있도록 작성되어있었다.

아래 사진은 homeoefficio 님의 자료중 일부이며, 사진을 포함한 일부 내용들은 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 4.0 국제 라이선스 에 의하여 인용한다.

blocking vs non-blocking

TIP

• blocking/non-blocking은 호출되는 함수가 바로 리턴하느냐 마느냐가 관심사이다.
• blocking: 바로 리턴 하지 않는다.
• non-blocking: 바로 리턴 한다.

sync vs async

TIP

• sync/async는 호출되는 함수의 작업 완료 여부를 누가 신경쓰냐가 관심사
• 동기(sync): 호출되는 함수의 작업 완료 여부를, 호출 하는 함수가 신경씀.
• 비동기(async): 호출되는 함수의 작업 완료 여부를, 호출 되는 함수가 신경씀.

non-blcoking vs async

• 비동기와 non-blocking은 비교 대상이 되기 어려움. 왜냐하면 각 개념이 바라보는 관점이 다르기때문.

Useful References

Boost application performance using asynchronous I/O by IBM (opens new window)

Blocking-NonBlocking-Synchronous-Asynchronous by homeoefficio (opens new window)

sync와 async, blocking과 non-blocking 차이점은? by slipp (opens new window)

I/O 모델 : blocking, non-blocking, 동기, 비동기 by ozt88 (opens new window)

Asynchronous IO 개념 정리 by djkeh (opens new window)

Netty의 주요 특징 - 비동기, 이벤트 기반 by deep-dive (opens new window)

비 동기 입출력 프로그래밍 by joinc (opens new window)

멈추지 않고 기다리기(Non-blocking)와 비동기(Asynchronous) 그리고 동시성(Concurrency) by peoplefund (opens new window)

https://www.slideshare.net/unitimes/sync-asyncblockingnonblockingio (opens new window)