[ming] Chapter1. 서버란 무엇인가(소켓&멀티 프로세스)

docs/chapter1/Ch01Keyword.md

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+# Ch01. Server (Socket & Multi-Process)
+1주차 워크북 - 서버란 무엇인가(소켓&멀티 프로세스)
+
+<br>
+
+# TCP
+[TCP 공식문서](https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc793)
+
+TCP란 서버와 클라이언트 간 데이터를 송/수신을 위한 프로토콜이다. 
+
+TCP의 특징
+1. reliable data
+2. connection-oriented(3-way handshake)
+3. in-order data
+4. congestion control
+5. flow control
+6. 양방향 전송
+7. 1:1통신 (unicast) 등
+
+TCP 소켓은 source의 IP, port와 destination의 IP, port로 구분한다.
+<br>
+<br>    
+
+# UDP
+
+[UDP 공식문서](https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc768.txt)
+
+속성
+1. unreliable data
+2. out-of-order → 순서가 뒤바뀐채 전달될 가능성O
+3. 비연결성
+4. checksum
+5. 단방향 통신
+6. 속도 빠름 
+
+UDP 소켓은 source의 IP, destination의 IP로 구분한다.
+<br>
+<br>
+
+# 시스템 콜?
+응용프로그램이 요청할 때 커널에 접근할 수 있는 인터페이스이다. 파일을 읽어오거나 파일을 쓰거나 화면에 메시지를 출력하는 등의 서비스를 수행하기 위해 OS는 하드웨어를 직접 관리한다. 반면 응용프로그램은 OS가 제공하는 인터페이스를 통해서만 자원을 사용할 수 있는데, OS가 제공하는 인터페이스를 시스템콜 이라고 한다.
+
+운영체제가 하드웨어, CPU를 사용하는 모드를 커널 모드라고 한다. 애플리케이션 코드를 실행하는 모드를 사용자 모드라고 한다. 사용자 모드에서 하드웨어 자원에 접근하기 위해서는(=커널 영역의 기능을 사용하기 위해서는) 시스템 콜을 사용해야 한다. 
+
+보통 API를 통해 사용한다.
+
+[Ref](https://didu-story.tistory.com/311)
+<br>
+<br>
+
+# 하드웨어 인터럽트
+CPU 외의 장치에서 예외상황이 발생하여 처리가 필요한 경우에 컨트롤러가 인터럽트 신호를 발생시켜 CPU에게 알리는 것을 말한다.
+
+하드웨어 장치가 CPU에게 어떤 사실을 알려주거나 CPU의 서비스를 요청해야 하는 경우, "인터럽트 발생~" 하면서 인터럽트 라인을 세팅한다. 다른 명령을 수행하고 있던 CPU는 인터럽트 라인을 확인하면 하던 일을 멈추고 인터럽트를 처리하러 간다.
+
+- **인터럽트 벡터**
+
+인터럽트가 발생하면 CPU는 운영체제에게 제어권을 주고 인터럽트 처리를 위해 정의된 코드(=루트)를 찾는다. 운영체제는 인터럽트가 발생하면 정의된 코드를 찾을 수 있도록 처리해야 할 루틴의 주소를 보관하고 있는 테이블을 갖고 있다. 이 테이블을 인터럽트 벡터라고 한다.
+
+- **인터럽트 핸들러**
+
+운영체제 커널은 인터럽트가 들어왔을 때 처리해야 할 코드를 포함하고 있다.(이미 프로그래밍 되어 있다!~) 이 코드를 인터럽트 처리루틴(ISR), 인터럽트 핸들러라고 한다.
+
+[Ref](https://baebalja.tistory.com/354)
+
+<br>
+<br>
+
+# 리눅스의 파일과 파일 디스크립터
+- 리눅스의 파일
+
+리눅스는 모든 것을 파일로 취급한다. 디렉토리, 소켓 등등 모든 것을 파일로 관리한다. 
+
+- 파일 디스크립터
+
+리눅스에서 파일을 다룰 때 사용하는 개념이다. 프로세스에서 특정 파일에 접근할 때 사용하는 추상적인 값이다. stdin(표준입력, 0), stdout(표준출력, 1), stderr(표준에러, 2)는 이미 파일 디스크립터 값이 할당되어 있기 때문에 3 이상부터 사용할 수 있다.
+
+리눅스에서 프로세스가 소켓에 접근한다면, 소켓은 파일이므로 파일 디스크립터를 이용할 것이다. 
+<br>
+<br>
+
+# socket() 시스템 콜
+새로운 소켓을 생성하고 파일 디스크립터를 반환한다.
+
+    socket(domain, type, protocol)
+- domain: IPv4는 AF_INET, IPv6는 AF_INET6
+- type: TCP 소켓인 경우 SOCK_STREAM, UDP 소켓인 경우 SOCK_DGRAM
+- protocol: 0은 시스템이 선택, 6은 TCP, 17은 UDP
+<br>
+<br>
+
+# bind() 시스템 콜
+생성한 소켓에 특정 IP주소와 포트 번호를 할당한다.
+
+    bind(sockfd, sockaddr, socklen_t)
+- sockfd: 바인딩 할 소켓의 파일 디스크립터
+- sockaddr: 소켓에 바인딩 할 주소
+- socklen_t: sockaddr의 크기
+<br>
+<br>
+
+# listen() 시스템 콜
+클라이언트의 connect 요청을 대기하는 상태가 된다. connection-oriented인 TCP에서만 사용한다.
+
+    listen(sockfd, backlog)
+- sockfd: listen을 시작할 소켓의 파일 디스크립터
+- backlog: connection 요청을 대기하는 큐의 크기, 만약 큐가 꽉 차면 운영체제는 큐가 빌 때까지 새로운 connection 요청을 받지 않는다.
+<br>
+<br>
+
+# accept() 시스템 콜
+listening을 하다가 새로운 connection이 열리면 accept()는 새로운 소켓을 만들어서 리턴한다.
+
+    accept(sockfd, sockaddr, socklen_t)
+- sockfd: connection을 받을, listening 하고 있던 소켓의 파일 디스크립터
+- sockaddr: 클라이언트의 주소 정보
+- socklen_t: 위 주소 정보의 크기
+<br>
+<br>
+
+# 멀티 프로세스
+여러 개의 CPU가 하나 이상의 작업을 동시에 처리(병렬처리)한다.
+(*프로세서=CPU코어)
+
+자식프로세스 생성 - fork()
+
+    pid_t fork()
+리턴값이 0이면 자식 프로세스, 0이 아니면 부모 프로세스를 의미한다.
+
+멀티 프로세스는 각 프로세스가 독립적이기 때문에 한 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에는 영향을 주지 않아 안정성이 높다. 하지만 그만큼 많은 메모리 공간과 CPU 시간을 차지한다. 
+<br>
+<br>
+
+# 병렬 처리
+여러 CPU에서 각 프로세스를 병렬적으로 실행한다. 

src/practice/chapter1/client.c

@@ -0,0 +1,36 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <arpa/inet.h>
+
+int main(){
+    int client_socket;
+    struct sockaddr_in clientAddr;
+    int clientAddr_len, readLen, recvByte, maxBuff;
+    char message[BUFSIZ];
+    char rBuff[BUFSIZ];
+
+    client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
+
+    printf("===client===\n");
+
+    clientAddr.sin_family = AF_INET;         // IPv4 주소 체계
+    clientAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 모든 가능한 IP 주소
+    clientAddr.sin_port = htons(9002); 
+
+    if(connect(client_socket, (struct sockaddr *)&clientAddr, sizeof(clientAddr)) == -1){
+        perror("연결 오류\n");
+        return 1;
+    }
+
+    while(1){
+        printf("메시지 입력: ");
+		fgets(message,BUFSIZ-1,stdin);
+
+        if(strncmp(message, "END", 3) == 0) break;
+
+		send(client_socket, message, BUFSIZ-1, 0);
+    }
+    close(client_socket);
+
+    return 0;
+}

src/practice/chapter1/server.c

@@ -0,0 +1,59 @@
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <unistd.h>
+#include <arpa/inet.h>
+
+int main(){
+    int server_socket, client_socket;
+    int readLen;
+    char rBuff[BUFSIZ];
+
+    // 소켓 생성
+    server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
+    if(server_socket == -1){
+        perror("소켓 생성 실패\n");
+        return 1;    
+    }
+
+    //
+    struct sockaddr_in serverAddr, clientAddr;
+    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
+    serverAddr.sin_family = AF_INET;         // IPv4 주소 체계
+    serverAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 모든 가능한 IP 주소
+    serverAddr.sin_port = htons(9002); 
+
+    // 서버 소켓 바인딩 설정
+    if (bind(server_socket, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == -1) {
+        perror("바인딩 실패");
+        return 1;
+    }
+
+    // listen: 클라이언트의 connect 요청을 기다림
+    int backlog = 5;    // 최대 클라이언트 수
+    if(listen(server_socket, backlog) == -1){
+        perror("대기 실패");
+        return 1;
+    }
+
+    printf("서버가 클라이언트의 connect 요청을 기다리는 중...\n");
+
+    socklen_t clientAddr_len = sizeof(client_socket);
+    client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&clientAddr, &clientAddr_len);
+
+    if(client_socket == -1){
+        perror("연결 실패\n");
+        return 1;
+    }
+    printf("클라이언트 연결 성공\n");
+
+    while(1){
+		readLen = read(client_socket, rBuff, sizeof(rBuff)-1);
+		rBuff[readLen] = '\0';
+        printf("Client: %s", rBuff);
+        write(client_socket, rBuff, strlen(rBuff));
+    }
+    close(client_socket);
+    close(server_socket);
+
+    return 0;
+}