동기와 비동기

📍동기와 비동기

1. Sync VS Async

먼저 Synchronous와 Asynchronous의 어원을 보자. Synchronous의 Syn는 together이란 뜻이고, chrono는 time이다. 따라서 Synchronous는 함께 시간을 맞춘다라는 뜻으로 해석된다. 반면에 Asynchronous는 앞에 A라는 접두사가 붙어 부정하는 형태가 되어 시간을 맞추지 않는 것이라 해석할 수 있다.

Sync와 Async를 다루려면 위 어원에서 볼 수 있듯이 함께 하는 대상이 누구인지, 그 대상들의 시간은 어떻게 다루어지는지 두 가지를 살펴봐야한다.

1.1. Synchronous (동기) : 작업의 순서가 보장된다.

동기는 두 가지 이상의 대상(함수, 애플리케이션 등)이 서로 시간을 맞춰 행동하는 것이다. 예를들어 호출한 함수가 호출된 함수의 작업이 끝나서 결과값을 반환하기를 기다리거나, 지속적으로 호출된 함수에게 확인 요청을하는 경우가 있다.

어떤 대상 A와 B가 있을 때 동기적으로 처리하는 방법 두 가지를 살펴보자.

A와 B가 시작 시간 또는 종료 시간이 일치하면 동기이다. 예를 들어

• A, B 쓰레드가 동시에 작업을 시작하는 경우 (예를 들면 자바에서 CyclicBarrier)

• 메서드 리턴 시간(A)과 결과를 전달받는 시간(B)이 일치하는 경우

A가 끝나는 시간과 B가 시작하는 시간이 같으면 동기이다. 예를 들어 자바에서 synchronized와 BlockingQueue가 위와 같은 경우이다.

1.2. Asynchronous (비동기) : 작업의 순서가 보장되지 않는다.

비동기는 동기와 반대로 대상이 서로 시간을 맞추지 않는 것을 말한다. 예를 들어 호출하는 함수가 호출되는 함수에게 작업을 맡겨놓고 신경을 쓰지 않는 것을 말한다

2. Blocking VS Non-Blocking

블록킹/논블록킹을 동기/비동기와 같이 생각하는 경우가 많은데, 이는 서로 관점이 다르다. 블록킹/논블록킹은 직접 제어할 수 없는 대상을 처리하는 방법에 따라 나눈다. 직접 제어할 수 없는 대상은 대표적으로 IO, 멀티쓰레드 동기화가 있다.

2.1. Blocking : 작업의 멈춤, 대기(wait)

Blocking은 직접 제어할 수 없는 대상의 작업이 끝날 때까지 제어권을 넘겨주지 않는 것이다. 예를 들어 호출하는 함수가 IO를 요청했을 때 IO처리가 완료될 때까지 아무 일도 하지 못한 채 기다리는 것을 말한다.

작업을 시작하고 작업이 끝날 때까지 대기하다가 즉석에서 완료 통지를 받는다. 이 때 작업이 멈추는 동안 다른작업이 끼어들 수 있는지 없는지에 대해 이야기 해보자. 많은 Blocking 방식의 사례에서 다른 작업의 interrupt를 방지하기 때문에, Blocking을 동기화(순차처리)모델로 생각하는 오류가 생긴다. 단순히 생각해서 Blocking은 그저 작업을 수행하는데 있어서 대기 시간을 갖는다는 의미일 뿐이다.

• Blocking I/O Model

User Process(application)는 커널(OS)에게 I/O 작업에 대한 요청을 해야 한다.

1. I/O 작업을 처리하기 위해 User Level에 있던 application이 시스템 함수를 호출한다.(system call) 이 때 context-switching이 발생한다.

2. Kerner Level에 해당 I/O작업이 긑나고 데이터를 반환하게 되면 그 때가 되서야 애플리케이션 단의 스레드에 걸렸던 block이 풀린다.

→blocking I/O 문제점?

애플리케이션 관점에서 보면 아무런 동작도 안하는 것처럼 보이지만 실제로는 커널에서 I/O작업을 수행하느라 block되어 있는 것이 문제점이다.

• Synchronous(동기) VS Blocking

Synchronous

작업을 요청한 후 작업의 결과가 나올 때까지 기다린 후 처리하는 것으로 I/O 작업에 대한 readiness를 기다린다. 특정 I/O 작업을 하기 위한 준비가 되엇는지에 집중하는 것이다.

→ 시스템 반환을 기다리는 동안 대기 큐에 머무는 것이 필수가 아니면 synchronous

Blcoking

I/O가 끝날 때까지 대기해야 한다. 끝나기 전에는 함수가 반환되지 않기 때문이다. 커널이 작읍을 완료하기 전까지 유저 프로ㅔ쓰는 작업을 중단한 채 대기해야한다.

→시스템 반환을 기다리는 동안 대기 큐에 머무는 것이 필수이면 blocking

2.2. Non-Blocking

Non-Blocking은 Blocking과 반대되는 개념이다. 직접 제어할 수 없는 대상의 작업 처리 여부와 상관이 없다. 예를 들어 호출하는 함수가 IO를 요청한 후 IO처리 완료 여부와 상관없이 바로 자신의 작업을 할 수 있다.

Non-Blocking 이란 작업의 완료를 나중에 통지받는 개념이다. 작업의 시작 이후 완료시까지 대기하지 않고 완료시킨다.

1. Non-blocking I/O Model

앞서 설명한 Blocking I/O 방식은 요청한 I/O작업이 끝날 때까지 대기해야 한다. 그렇기 때문에 커널이 작업을 완료하기 전까지 유저 프로세스는 작업을 중단한 채 대기 해야한다. I/O작업은 CPU자원을 거의 쓰지 않기 때문에 blocking방법은 CPU자원 낭비가 심하다.

→non-blocking방식은 I/O작업을 진행하는 동안 유저 프로세스의 작업을 중단시키지 않는다. 유저 프로세스가 I/O를 처리하기 위해 커너렝 함수를 호출하면(System Call) 커널에서 함수의 진행 상황과 상관없이 바로 결과를 반환한다. (반환되는 결과는 반환 순간에 가져올 수 있는 데이터이다)

서버는 클라이언트가 요청한 사이즈에 맞는 데이터를 반환하기 위해 데이터를 축적해야 한다. 데이터의 축적이 끝났을 때 반환되어 클라이언트에서 요청한 사이즈의 데이터를 받아올 수 있게 된다. 하지만 이 구현 방식의 문제는 클라이언트가 따로 반환되는 값이 원하는 사이즈가 되었는지 계속 확인해줘야한다.(polling) 이 과정에서 수많은 클라이언트의 요청이 동시 다발적으로 일어날 경우, cPU에 적지 않은 부담이 될 수 있는 I/O Model이다.

blocking

application 실행 시 운영체제 대기 큐에 들어가면서 요청에 대한 system call이 완료 된 후에 응답을 보낼 경우 blocking

non-blocking

application이 실행 시 운영체제 대기 큐에 들어가지 않고 실행 여부와 관계없이 바로 응답을 보낼 경우 non-blocking

동기화

공유 자원을 동시에 사용하지못하게 실행을 제어하는 방법

동기화는 순차적으로 재사용 가능한 자원을 공유하려고 상호작용하는 프로세스 사이에서 나타난다.

동기는 요청을 보낸 후 응답을 받아야지만 다음 동작이 이루어지는 방식으로 순차적으로 실행된다.

비동기화

병렬적으로 테스크 수행하는 방식

eg)서버로 부터 데이터를 받아 웹을 만든다.

다양한 데이터를 가져오기 까지 웹이 대기하는 상태를 없애기 위해 비동기처리를한다.(AJAX,setTimeout)

프로세스

실행 중인 프로그램 → 디스크에 있던 프로그램을 메모리에 적재하여 운영체제의 제어를 받는 상태가 되었다.(자신만의 메모리 영이 있음)

eg)웹 브라우저 창을 한개 열었다. == 프로세스 한개 생성

웹 브라우저 창 2개 열었다. == 프로세스 2개 생성

동기와/비동기

2+

동기Syn(together)chrono(time)us : 함께 시간을 맞춘다.

비동기 Asynchronous : 시간을 맞추지 않는다.

—>일반적으로 C부터 실행

비동기는 return값 받은시간과 호출하는시간이 같아져서 비동기라 할 수 없다.

출처 : https://jins-dev.tistory.com/entry/동기Synchronous-작업과-비동기Asynchronous-작업-그리고-블락Blocking-과-넌블락NonBlocking-의-개념

https://velog.io/@codemcd/Sync-VS-Async-Blocking-VS-Non-Blocking-sak6d01fhx