동기와 비동기, 블로킹과 논블로킹

LastMod: February 18, 2024

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Summary

동기(Synchronous), 비동기(Asynchronous), 블로킹(Blocking), 논블로킹(Non-blocking) 모두 I/O 작업에서 흔히 볼 수 있는 용어이다.
I/O 작업은 user space에서 직접 수행할 수 없기 때문에, 유저 프로세스가 커널에 I/O 작업을 요청하고 응답을 받는 구조이다.
응답을 어떤 순서로 받는지에 따라 동기/비동기로 나뉘고, 어떤 타이밍에 받는지에 따라 블로킹/넌블로킹으로 나뉜다.

Untitled 이미지 출처

Synchronous vs. Asynchronous

동기(Synchoronous; 이하 Sync로 표기)와 비동기(Asynchronous; 이하 Async로 표기)는 기술적으로 구분되지 않으며, 행위에 대한 이야기(=추상적인 구분)이다.
- Sync/Async는 연산 결과의 반환 시점(결과 반환이 순차적인지 / 연산이 병렬적이라 결과 반환이 제각각인지)에 대한 이야기이다.
요청한 작업에 대해 완료 여부를 신경 써서, 작업을 순차적으로 수행할 지 아닌지에 대한 관점이다. → 작업 완료를 누가 확인하는가?
Sync : 작업 시간을 함께 맞추어 실행하는 것 ⇒ 요청한 작업에 대해 완료 여부를 따져가며 순차적으로 처리
Async : Sync와 반대로 요청한 작업에 대해 완료 여부를 따지지 않고 다음 작업을 그대로 수행
즉 Sync는 작업 순서가 지켜지지만, Async는 작업 순서가 지켜지지 않는다.

Untitled 1 이미지 출처

멀티 쓰레드가 Async의 대표적인 예시라고 할 수 있다. → 즉, Async는 동시성 문제를 해결해야 한다.
하지만 Async는 위 사진에서 볼 수 있다시피, 성능상 이점을 가져온다.
흔히 콜백 함수( Callback Function)를 Async 구현과 동치로 여기는 경우가 많은데, 이는 오개념이다.
- 특정 조건에 따라 Callback 을 호출하고 Async로 돌아가는 경우도 있지만, Callback 을 단순 연속 실행으로 함수의 맨 마지막줄에서 호출하는 경우도 있기 때문이다.

Blocking vs. Non-blocking

블로킹(Blocking)과 넌블로킹(Non-blocking)은 기술적으로 명확히 구분된다.
- Blocking은 작업 자체가 중단되기 때문에 Blocking/Non-blocking은 기술적으로 구분할 수 있다.
- Blocking/Non-blocking 은 결과를 기다리는 동안 호출자가 어떻게 행동하는지에 대한 구분이다.
- ⇒ 현재 작업이 block 되느냐 아니냐에 따라 다른 작업을 수행할 수 있는지에 대한 관점이다.
Sync/Async가 전체적인 작업에 대한 순차적인 흐름 유무라면, Blocking/Non-blocking은 전체적인 작업의 흐름 자체를 막느냐의 여부로 볼 수 있다. → 제어권이 어디에 있는가?
- 제어권은 해당 함수의 동작 권리 정도로 생각하자.
호출된 함수가 자신이 할 일을 모두 마칠 때까지 제어권을 계속 가지고서 호출한 함수에게 바로 return 하지 않으면 Blocking이다.
- B 함수가 호출되면서 A 함수에 대한 제어권을 가져간다.
- 제어권이 없는 A 함수는 어떤 동작도 할 수 없다.
- B 함수가 완료되어야 A 함수에 대한 제어권을 다시 A 함수로 돌려준다.
- 제어권을 돌려받은 A 함수는 그제서야 동작할 수 있다.
호출된 함수가 자신이 할 일을 마치지 않았더라도 바로 제어권을 바로 return하여 호출한 함수가 다른 일을 진행할 수 있도록 하면 Non-blocking이다.
- B 함수가 호출되지만, A 함수에 대한 제어권은 넘어가지 않음
- 제어권이 있는 A 함수는 자신의 다른 동작을 실행 가능
- A 함수가 B 함수의 실행 완료를 어떻게 확인 하느냐에 따라 Sync/Async 로 갈림.
  - A 함수가 직접 B 함수의 리턴값을 확인하면 Sync
  - B 함수가 콜백 함수 등의 메커니즘으로 실행 완료를 A 함수에게 알려주면 Async
- Non-blocking 컨셉 자체는 A 함수의 제어권이 다른 함수로 넘어가지 않고, 자신의 동작을 지속할 수 있다는 것이다.