안경잡이개발자

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C++ Boost.Asio를 활용한 동기식 TCP 날짜 출력 프로그램

나동빈


  지난 시간까지 두 차례에 걸쳐 Boost Asio 라이브러리를 설치하는 방법과 Asio의 기초적인 지식에 대해서 학습하는 시간을 가져보았습니다. 이번 시간에는 Boost Asio의 가장 기초적인 예제라고 할 수 있는 동기식(Synchronous) TCP 날짜(Daytime) 출력 프로그램을 만들어보겠습니다.


  ◇ Boost Asio 공식 튜토리얼 사이트: https://www.boost.org/doc/libs/1_68_0/doc/html/boost_asio/tutorial.html


  이번 시간에 준비한 내용은 위 공식 튜토리얼 사이트에서 제공하는 소스코드를 각색한 것입니다.


※ 프로젝트 준비하기 ※


  기본적으로 동기식 TCP 날짜 출력 프로그램은 서버 클라이언트 구조를 가지고 있으므로 서버(Server) 프로젝트와 클라이언트(Client) 프로젝트를 모두 자신의 솔루션에 포함을 시켜주셔야 합니다.


  일단 새로운 프로젝트를 준비하기 위해 '빈 프로젝트'를 생성해주되 솔루션의 이름은 'Synchronous TCP Daytime' 이라고 설정하고, 첫 번째 프로젝트의 이름은 'Server'라고 지어주겠습니다.



  이후에 '새 프로젝트'를 추가하셔서 이름을 'Client'로 설정해줍니다.



  이후에 'Server' 프로젝트 및 'Client' 프로젝트 각각에 Main.cpp 소스코드를 생성해줍시다.



  또한 지난 시간에 배웠던 대로 두 개의 프로젝트 각각에 Boost Asio 라이브러리를 포함시켜서 사용할 수 있도록 합니다.



  그리고 추가적으로 Server에서는 소스코드를 간결하게 이용하기 위해 이전 함수를 사용한다는 점에서 '_CRT_SECURE_NO_WARNINGS'처리를 해주셔야 합니다. 따라서 위와 같이 '프로젝트 속성' -> 'C/C++' -> '전처리기' -> '전처리기 정의' -> '편집'을 열어줍니다.



  이후에 위와 같이 _CRT_SECURE_NO_WARNINGS를 기입해주시면 향후 컴파일 오류가 발생하지 않습니다.


※ 클라이언트 동기식 TCP 예제 소스코드 작성하기 ※


#include <iostream>

#include <boost/array.hpp>

#include <boost/asio.hpp>


using boost::asio::ip::tcp;


int main(int argc, char* argv[])

{

try

{

// 기본적으로 Boost Asio 프로그램은 하나의 IO Service 객체를 가집니다.

boost::asio::io_service io_service;


// 도메인 이름을 TCP 종단점으로 바꾸기 위해 Resolver를 사용합니다.

tcp::resolver resolver(io_service);


// 서버로는 로컬 서버, 서비스는 Daytime 프로토콜을 적어줍니다.

tcp::resolver::query query("localhost", "daytime");

// DNS를 거쳐 IP 주소 및 포트 번호를 얻어옵니다.

tcp::resolver::iterator endpoint_iterator = resolver.resolve(query);


// 소켓 객체를 초기화하여 서버에 연결합니다.

tcp::socket socket(io_service);

boost::asio::connect(socket, endpoint_iterator);


for (;;)

{

// 버퍼 및 오류 처리 변수를 선언합니다.

boost::array<char, 128> buf;

boost::system::error_code error;


// 버퍼를 이용해 서버로부터 데이터를 받아옵니다.

size_t len = socket.read_some(boost::asio::buffer(buf), error);


if (error == boost::asio::error::eof)

break;

else if (error)

throw boost::system::system_error(error);


// 버퍼에 담긴 데이터를 화면에 출력합니다.

std::cout.write(buf.data(), len);

}

}

catch (std::exception& e)

{

std::cerr << e.what() << std::endl;

}

system("pause");

return 0;

}


※ 서버 동기식 TCP 예제 소스코드 작성하기 ※


#include <ctime>

#include <iostream>

#include <string>

#include <boost/asio.hpp>


using boost::asio::ip::tcp;

using namespace std;


// 현재 컴퓨터의 날짜 및 시간 정보를 반환합니다.

std::string make_daytime_string()

{

time_t now = time(0);

return ctime(&now);

}


int main()

{

try

{

// 기본적으로 Boost Asio 프로그램은 하나의 IO Service 객체를 가집니다.

boost::asio::io_service io_service;


// TCP 프로토콜의 13번 포트로 연결을 받는 수동 소켓을 생성합니다.

tcp::acceptor acceptor(io_service, tcp::endpoint(tcp::v4(), 13));


// 모든 클라이언트에 대해 무한정 반복 수행합니다.

for (;;)

{

// 소켓 객체를 생성해 연결을 기다립니다.

tcp::socket socket(io_service);

acceptor.accept(socket);


// 연결이 완료되면 해당 클라이언트에게 보낼 메시지를 생성합니다.

string message = make_daytime_string();


// 해당 클라이언트에게 메시지를 담아 전송합니다.

boost::system::error_code ignored_error;

boost::asio::write(socket, boost::asio::buffer(message), ignored_error);

}

}

catch (exception& e)

{

cerr << e.what() << '\n';

}

return 0;

}


※ 솔루션 빌드 및 테스트하기 ※


  이제 완성된 솔루션을 테스트할 수 있습니다.



   '솔루션 빌드'를 해주시면 서버 및 클라이언트 프로젝트가 모두 빌드가 진행됩니다.



  이후에 빌드가 완료된 프로그램을 찾기 위해 '파일 탐색기에서 폴더 열기(X)'를 눌러줍시다.



  이제 'Debug' 폴더로 가서 테스트를 진행해줍니다. 당연히 서버 클라이언트 구조이므로 서버 프로그램을 먼저 실행한 뒤에 클라이언트 프로그램을 실행해주시면 됩니다.



  실행 결과, 위와 같이 클라이언트로 서버의 날짜 및 시간(Daytime) 정보가 전달되어 출력되는 것을 알 수 있습니다.


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C++ Boost.Asio를 위한 기초 지식 학습하기

나동빈


  지난 시간에는 C++ Boost.Asio를 설치하는 방법에 대해 알아보았습니다. 이번 시간에는 앞으로 Boost.Asio 라이브러리를 이용해 다양한 네트워크 프로그래밍을 할 수 있도록 Boost.Asio의 기본 지식을 공부하는 시간을 가져보도록 하겠습니다.


※ IO Service 클래스 ※


  Boost Asio에서는 IO Service라는 클래스가 핵심적인 역할을 수행합니다. 이 클래스는 커널에서 발생한 입출력 이벤트를 디스패치 해주는 기능을 수행합니다. 디스패치란 우선순위가 높은 작업이 우선적으로 수행될 수 있도록 시스템 자원을 할당하는 것을 의미합니다. 결과적으로 이 클래스는 커널에서 발생한 네트워크상의 접속 및 데이터 처리 이벤트를 처리하는 역할을 수행합니다.



  위 그림과 같이 실질적으로 운영체제와 상호작용하며, 발생하는 입출력 이벤트를 프로그램에서 효과적으로 처리할 수 있도록 합니다.


※ 종단점 ※


  종단점(Endpoint) 네트워크 상의 특정한 컴퓨터에서 실행되고 있는 하나의 프로그램을 의미합니다. 구체적으로 IP 주소와 포트 번호의 한 쌍을 종단점이라고 말합니다.


※ DNS ※


  DNS(Domain Name Server)란 도메인 주소를 IP 주소로 변환해주는 서버입니다. Boost Asio에서는 도메인 주소를 이용해 IP 주소를 알아내어 종단점을 구하기 위한 목적으로 DNS 기능을 지원합니다.


  또한 Boost Asio에서 Query 클래스는 도메인 주소와 사용할 프로토콜을 이용해 DNS 질의문을 생성하는 기능을 수행합니다.


※ Acceptor ※


  Boost Asio에서 Acceptor서버 프로그램이 IO Service와 종단점을 이용해 클라이언트의 접속을 받아들이는 기능을 수행합니다.


  구체적으로 이 클래스는 수동 소켓을 만들기 위한 목적으로 사용되며 수동 소켓(Passive Socket)이란 '연결 수립 요청을 기다리는 소켓'이라는 의미를 가집니다.


※ 능동 소켓 ※


  능동 소켓(Active Socket)이란 네트워크상의 다른 컴퓨터로 데이터를 보내거나 받기 위해 연결 수립을 위해 사용하는 소켓을 의미합니다.


※ 반복자 ※


  Boost Asio에서 반복자(Iterator)여러 개의 IP 주소가 존재할 때 종료점도 여러 개가 존재할 수 있다는 점에서 '개별적인 종료점에 접근'하는 기능을 제공합니다. 클라이언트 프로그램은 원하는 응답을 들을 때까지 한 번에 하나의 종료점과 통신할 수도 있습니다.

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C++ Boost.Asio 개요 및 개발환경 구축하기

나동빈


※ C++ Boost.Asio 개요 ※


  분산 소프트웨어컴퓨터 네트워크를 통해 통신하는 애플리케이션을 의미합니다. 흔히 클라이언트가 서버로 정보를 요청(Request)하고, 서버는 그러한 정보를 응답(Response)하는 '서버 클라이언트 구조'가 대표적인 분산 소프트웨어의 형태입니다.


  분산 소프트웨어를 개발할 때 가장 많이 사용되는 프로토콜은 TCP와 UDP입니다. TCP는 신뢰성 있는 프로토콜로 자체적인 오류 처리 매커니즘을 포함합니다. 반면에 UDP는 신뢰성이 없는 프로토콜로 통신하기 전에 연결을 수립하지 않아도 빠른 통신이 가능합니다.


  이러한 배경에서 등장한 Boost.AsioC++로 개발된 네트워크 프로그래밍 라이브러리입니다. 다양한 플랫폼에 분산형 애플리케이션을 개발하기 위한 목적으로 적용할 수 있습니다. Boost.Asio를 사용하면 비동기 IO 프로그래밍을 쉽게 구현할 수 있으며 소스코드는 간결하되 성능이 우수하다는 장점이 있습니다. 결과적으로 고성능 네트워크 프로그램을 개발하고자 할 때 자주 사용되는 기술 스택이라고 이해할 수 있습니다.


※ C++ Boost.Asio 개발환경 구축하기 ※


  윈도우(Windows) 운영체제를 기준으로 C++ Boost.Asio 개발환경을 구축하는 방법에 대해 소개하고자 합니다.


  ◇ Boost 라이브러리 공식 웹 사이트: https://www.boost.org



  공식 웹 사이트에 접속한 뒤에 'Downloads' 영역에서 최신 버전의 링크로 들어갈 수 있습니다.



  이후에 최신 버전의 Boost 라이브러리의 압축 파일을 다운로드 받습니다.



  저는 위와 같이 C 드라이브 내에 압축을 풀어주었습니다.



  이후에 Boost Asio 라이브러리를 빌드(Build)하기 위해 먼저 부트스트랩 프로그램을 실행합니다.



  부트스트랩 프로그램을 실행하면 빌드 전용 실행 파일은 b2.exe가 생성됩니다. 이제 빌드를 수행해주면 됩니다.


b2 -j4 toolset=msvc-14.1 address-model=64 variant=debug,release link=static threading=multi  stage

b2 -j4 toolset=msvc-14.1 address-model=32 variant=debug,release link=static threading=multi  stage


  위와 같이 빌드를 진행해주시면 64비트 전용 및 32비트 소프트웨어에 모두 적용할 수 있는 라이브러리가 생성됩니다. 또한 참고로 toolset에 들어가는 인자 값은 Visual Studio의 버전에 따라서 조금씩 차이가 있습니다.


  Visual Studio 2012: msvc-11.0

  Visual Studio 2013: msvc-12.0

  Visual Studio 2015: msvc-14.0

  Visual Studio 2017: msvc-14.1




  빌드가 모두 진행되면 다음과 같이 stage 폴더에 lib 폴더 및 라이브러리 파일들이 생성됩니다.



  이제 Visual Studio에서 생성된 Boost 라이브러리 파일들을 사용할 수 있도록 설정해봅시다.



  프로젝트를 생성하고, 프로젝트 이름을 클릭한 뒤에 '보기' -> '속성 페이지' 탭을 열어줍니다.



  먼저 '링커' -> '추가 라이브러리 디렉터리'에서 라이브러리를 넣어서 /stage/lib 폴더를 링크해주시면 됩니다.



  이후에 전체 Boost 라이브러리 폴더 자체를 참조 디렉터리로 넣어주셔야 합니다.



  'VC++ 디렉터리' -> '포함 디렉터리'에 전체 라이브러리 폴더를 넣어주시면 됩니다.



  이제 라이브러리가 모두 적용이 되었으므로 Visual Studio에서 이를 이용할 수 있습니다.


※ Boost.Asio 라이브러리 Hello World 예제 ※


#include <iostream>

#include <boost/asio.hpp>

#include <boost/date_time/posix_time/posix_time.hpp>


int main()

{

boost::asio::io_service io;

boost::asio::deadline_timer t(io, boost::posix_time::seconds(5));

t.wait();


std::cout << "Hello, world!" << std::endl;

system("pause");


return 0;

}


  위 예제는 5초간 타이머(Timer) 기능으로 동작을 멈춘 뒤에 'Hello World'를 출력하는 예제입니다. 실행 결과는 다음과 같습니다.


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