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C# Socket Programming TIL: BufferList와 ArraySegment의 활용

1. 진행 상황

이전에 단일 데이터를 처리하던 방식에서 사용하던 SetBuffer()대신, BufferList를 사용하여 한 번의 Send로 여러 데이터를 처리하도록 개선하였다.

2. BufferList란?

  • 타입: BufferList는 SocketAsyncEventArgs 클래스에서 제공하는 속성으로, IList<ArraySegment<byte>> 타입이다.
  • 역할: 여러 개의 데이터를 한 번에 송신할 수 있도록 지원하며, 배열이나 버퍼를 관리하기 쉽게 만들어준다.
    • 예를 들어, 큐에 여러 개의 버퍼가 있을 때 BufferList에 각 버퍼를 추가해 한 번에 송신 가능하다.

3. ArraySegment란?

  • 역할: 배열의 특정 부분을 참조하는 구조체이다. 배열 전체를 복사하지 않고, 특정 구간을 가리키기만 하므로 성능적으로 효율적이다.
  • 속성 (.NET 문서 참조)
속성 설명
Array 배열 세그먼트가 구분하는 요소의 범위를 포함하는 원래 배열을 가져옵니다.
Count 배열 세그먼트로 구분된 범위의 요소 수를 가져옵니다.
Empty 빈 배열 세그먼트를 나타냅니다. 이 필드는 읽기 전용입니다.
Item[Int32] 지정된 인덱스에서 요소를 가져오거나 설정합니다.
Offset 원래 배열의 시작을 기준으로 배열 세그먼트로 구분된 범위에서 첫 번째 요소의 위치를 가져옵니다.

C#에서 ArraySegment를 사용하는 이유

  1. 메모리 복사 방지: 데이터를 다른 배열로 복사하지 않고 참조를 통해 작업을 수행.
  2. 효율성: 네트워크 송수신에서 대량 데이터를 다룰 때 메모리 사용량을 줄이고 속도를 개선.

C++과의 비교

  • C++에서는 포인터를 사용하여 배열의 특정 위치를 직접 참조할 수 있다.
  • C#에서는 안전한 메모리 관리를 위해 포인터 대신 ArraySegment를 사용하여 배열의 구간을 참조한다.

4. 코드 분석

주요 코드

public void Send(byte[] sendBuff)
{
    lock (_lock)
    {
        _sendQueue.Enqueue(sendBuff);
        // SendAsync가 이미 진행 중이라면 큐에만 추가하고 종료
        if (_pendingList.Count == 0)
            RegisterSend();
    }
}

void RegisterSend()
{
    while (_sendQueue.Count > 0)
    {
        byte[] buff = _sendQueue.Dequeue();
        _pendingList.Add(new ArraySegment<byte>(buff, 0, buff.Length));
    }
    _sendArgs.BufferList = _pendingList;

    bool pending = _socket.SendAsync(_sendArgs);
    if (pending == false)
        OnSendCompleted(null, _sendArgs);
}

void OnSendCompleted(object sender, SocketAsyncEventArgs args)
{
    lock (_lock)
    {
        if (args.BytesTransferred > 0 && args.SocketError == SocketError.Success)
        {
            try
            {
                _sendArgs.BufferList = null; // 초기화
                _pendingList.Clear();

                // 송신 대기 중인 데이터가 있으면 다시 송신 등록
                if (_sendQueue.Count > 0)
                    RegisterSend();
            }
            catch (Exception e)
            {
                Console.WriteLine($"OnSendCompleted Failed {e}");
            }
        }
        else
        {
            Disconnect();
        }
    }
}

5. 개선점과 한계

현재 개선 사항

  • SendAsync() 호출이 여러 데이터 조각을 한 번에 처리하므로, 호출 빈도가 줄어들어 부하를 줄일 수 있음.

한계

1. 송신 데이터량 조절

  • 현재 _sendQueue에 쌓인 모든 데이터를 무조건 송신한다. 이는 송신량이 과도한 경우 문제를 야기할 수 있다.
  • 일정 시간 동안 송신한 데이터의 총량을 추적하고, 과도한 송신이 발생하면 속도를 조절하거나 잠시 대기하는 로직이 필요하다.
  • 이러한 조치는 다음과 같은 상황을 대비하기 위함이다:
    • 수신 불가능 상태: 상대방이 패킷을 처리하지 못할 경우 문제가 발생.
    • 악의적 공격 방어: 디도스 공격 등 의미 없는 패킷이 다량으로 들어올 경우, 이를 감지하고 연결을 끊는 기능이 필요.

2. 패킷 모으기와 송신 최적화

  • 현재는 _sendQueue에서 데이터가 추가되면 바로 송신 작업을 시작하지만, 패킷을 모아서 한 번에 송신하는 방식이 더 효율적일 수 있음.
  • 예를 들면, 한 명의 유저마다 움직인 것을 바로 Send하는 것이 아니라, 하나의 커다란 버퍼에 천 명의 유저들이 움직이고 스킬을 쓴 행위들을 모두 기록하고, 그 버퍼를 다른 유저들한테 돌아가면서 샌드를 해주는 것이, 더 성능이 좋을 것이다.

6. 마무리

기존에 사용했던 SetBuffer() 대신 BufferList를 사용해 _sendQueue에 쌓인 데이터를 한 번의 SendAsync()로 보낼 수 있도록 개선하였다.

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