Non-blocking

Non-blocking은 호출한 작업이 지금 진행될 수 없을 때 그 완료를 기다리며 호출 Thread를 붙잡지 않는 동작이다. 호출에 CPU 시간이 전혀 들지 않거나 프로그램 전체에 대기가 없다는 뜻은 아니다.

호출의 반환과 작업의 완료를 나누어 읽기

서버가 디스크나 다른 서버의 응답을 기다릴 때, 기다리는 Thread가 CPU를 계속 쓰는지와 다른 요청이 진행될 수 있는지를 나누어 본다. Blocking I/O에서 잠든 Thread 대신 OS가 다른 실행 가능한 Thread를 고를 수 있으므로 “한 요청이 기다리면 서버의 CPU 전체가 쉰다”는 결론은 나오지 않는다.

라면 주문에 비유하면 카운터에서 기다리는 행동과 주문을 맡기고 돌아가는 행동이 다르다. 다만 돌아간 뒤 계속 확인하는지, 호출자가 알림을 받는지만으로 모든 I/O API를 분류할 수는 없다. 비동기 요청도 완료 상태를 직접 조회하거나 완료를 기다리는 별도 API를 사용할 수 있다.

확인할 동작	예	호출 뒤 확인할 것
결과를 반환할 때까지 호출자가 기다릴 수 있음	Blocking Socket의 `read()`	실제 읽은 Byte 수, EOF, 오류
지금 진행할 수 없으면 기다리지 않고 반환	Non-blocking Socket의 `read()`	`EAGAIN` 또는 `EWOULDBLOCK`, 다음 재시도 시점
여러 fd 중 I/O를 시도할 대상을 찾음	`select()`·`epoll_wait()`	Readiness를 받은 뒤 실제 `read()`의 결과
읽기 요청을 먼저 제출하고 나중에 완료 확인	POSIX `aio_read()`	완료 상태와 `aio_return()`의 결과

동기·비동기와 Blocking·Non-blocking을 비교할 때는 각 API가 반환하는 시점과 결과를 확인한다. select()의 준비 통지는 데이터가 사용자 버퍼에 복사되었다는 완료 통지가 아니다. POSIX AIO는 Signal·Thread 통지나 통지 없음도 선택할 수 있으며, 비동기라는 말이 반드시 커널의 Callback 한 종류를 뜻하지 않는다. Linux read, POSIX AIO

데이터 준비와 read 반환은 같은 사건이 아니다

일반적인 Socket 읽기에서는 데이터가 도착하기를 기다리는 단계와, 준비된 데이터를 사용자 버퍼로 읽어 오는 단계를 구별할 수 있다. 이는 설명을 위한 구분이며 모든 I/O가 반드시 같은 두 번의 복사를 한다는 뜻은 아니다.

Blocking Socket도 데이터가 이미 준비되어 있으면 곧바로 반환할 수 있다. Non-blocking Socket은 읽을 데이터가 없으면 -1과 errno=EAGAIN 또는 EWOULDBLOCK으로 돌아온다. 양수 반환은 실제 읽은 Byte 수이며 요청한 크기보다 작을 수 있다. 양수 크기를 요청한 Stream Socket에서 0은 상대의 송신 종료를 읽은 EOF와 연결된다. EINTR, EOF, 아직 준비되지 않음을 같은 재시도 조건으로 처리하지 않는다.

Linux의 일반 파일과 Block Device에서는 O_NONBLOCK만 설정한다고 디스크 접근 대기가 없어지지 않는다. Socket 준비 감시와 파일 비동기 API가 같은 방식으로 구현된다고 가정하지 않는 이유다. O_NONBLOCK의 적용 범위

RIO가 반복해서 읽는 이유

다음은 CS:APP rio_readn()의 동작을 설명하는 발췌다. Blocking fd를 넘긴다는 전제에서 읽기와 대기가 어떻게 반복되는지 보여 준다.

/* webproxy-lab/csapp.c — rio_readn(): 블로킹 read 반복 */
ssize_t rio_readn(int fd, void *usrbuf, size_t n) {
    size_t nleft = n;
    ssize_t nread;
    char *bufp = usrbuf;
    while (nleft > 0) {
        if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0) { // 데이터 없으면 여기서 잠듦
            if (errno == EINTR) nread = 0;         // 시그널로 깨면 재시도
            else return -1;
        }
        else if (nread == 0) break;                // 파일 끝(EOF)
        nleft -= nread;
        bufp += nread;
    }
    return (n - nleft);
}

부분 읽기는 남은 크기와 버퍼 위치를 갱신해 이어 읽고, EINTR은 다시 시도하며, 0이면 종료한다. 이 구현은 EAGAIN을 포함한 다른 오류에서 -1로 반환한다. 따라서 그대로 Non-blocking 상태 기계나 Event Loop의 Callback으로 사용하면 충분하지 않다. 현재 학습 레포의 RIO

재시도를 Busy Polling으로 반복하면 CPU를 소비한다. 준비 감시에서 기다렸다가 다시 읽는 방법은 입출력 다중화에서, JavaScript의 완료 표현은 Promise에서 다룬다.

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