OSS 금요일 업데이트 - 파이버 스케줄러가 형태를 갖추다

OSS Friday Update - The Fiber Scheduler is Taking Shape - Noteflakes

작성자
The Awesome Ruby
발행일
2025년 11월 28일
원문 보기
noteflakes.com

핵심 요약

  • 1 UringMachine 파이버 스케줄러의 뮤텍스 성능을 최적화하고, 메모리 관리 문제를 해결하여 안정성을 강화했습니다.
  • 2 Ruby I/O 레이어 통합을 위해 IO::Buffer 지원을 추가하고, fork 후 스케줄러 동작을 위한 Fiber::Scheduler#process_fork 훅을 제안했습니다.
  • 3 io_uring 기반의 새로운 프로세스 대기 및 PID 관련 API를 구현하며, Ruby의 I/O 처리 방식에 대한 심층적인 통찰을 얻었습니다.

도입

이번 주 OSS 업데이트에서는 Ruby용 UringMachine 파이버 스케줄러 구현에 대한 상당한 진전이 보고되었습니다. 이 프로젝트는 Ruby의 I/O 계층과의 심층적인 통합을 목표로 하며, 개발자는 성능 최적화와 새로운 기능 추가에 집중했습니다. 특히, UringMachine의 핵심 구성 요소 개선과 Ruby 코어에 기여하기 위한 노력이 강조되었습니다. 이는 Ruby의 비동기 I/O 처리 능력을 혁신적으로 향상시킬 잠재력을 가지고 있습니다.

UringMachine 파이버 스케줄러 구현은 여러 중요한 개선 사항을 포함합니다.

핵심 구성 요소 개선

  • 뮤텍스 성능 최적화: UringMachine 뮤텍스가 Ruby 기본 Mutex보다 느렸던 문제를 해결했습니다. 불필요한 futex_wake 호출을 num_waiters 필드를 통해 대기 중인 파이버가 없을 경우 건너뛰도록 하여 성능을 크게 향상시켰습니다.

  • 메모리 관리 수정: UM::Mutex 및 UM::Queue 클래스에서 RUBY_TYPED_EMBEDDABLE 플래그를 제거했습니다. 이는 커널이 futex 변수를 대기하는 동안 해당 변수가 이동될 수 없도록 하여 안정성을 확보했습니다.

  • I/O::Buffer 지원 강화: 모든 저수준 I/O API에 IO::Buffer 지원을 추가하여, 파이버 스케줄러가 IO::Buffer를 문자열로 변환할 필요 없이 UringMachine API를 직접 호출할 수 있게 되었습니다.

  • 예외 처리 개선: 잘못된 인자나 API 오용 시 발생하는 UM::Error와 RESP 오류 시 UM::Stream::RESPError와 같은 사용자 정의 예외 클래스를 추가하여 오류 진단을 용이하게 했습니다.

Ruby 코어 통합 및 새로운 API

  • fork 후 스케줄러 동작 탐구: fork 후 파이버 스케줄러의 상태 재설정 필요성을 발견했으며, 이는 io_uring 인스턴스 공유 불가능 및 자식 프로세스의 파이버 손실 문제 때문입니다.

  • **`Fiber::Scheduler

process_fork 훅 제안**: Samuel의 제안에 따라 fork 후 자동으로 호출되는 Fiber::Scheduler

process_fork` 훅 추가 PR을 제출했습니다. 이는 Ruby 4.0 릴리스에 병합될 가능성에 대한 기대를 모으고 있습니다.

  • 프로세스 대기 API 추가: `UM

waitpid 대신 io_uring 버전의 waitid를 사용하는 UM

waitid 및 UM

waitid_status 두 가지 저수준 API를 새로 추가했습니다. waitid_status는 Process::Status` 객체를 반환합니다.

  • PID 관련 API: UM.pidfd_open 및 UM.pidfd_send_signal을 추가하여 PID 관련 작업을 지원합니다.

  • 광범위한 테스트: 소켓 I/O, 파일 I/O, 뮤텍스, 큐, 스레드 대기 등 UM::FiberScheduler에 대한 포괄적인 테스트를 작성하여 Ruby가 파이버 스케줄러를 호출하는 방식에서 개선점을 발견했습니다.

Ruby I/O 레이어에 대한 통찰

  • 파일 I/O와 소켓 I/O의 차이: Ruby가 일반 파일 I/O를 항상 블로킹으로 간주하여 별도 스레드에서 처리하는 반면, 소켓 I/O는 논블로킹으로 설정하고 io_wait 훅을 사용한다는 점을 파악했습니다.

  • io_uring의 잠재력: io_uring이 모든 파일 디스크립터를 블로킹으로 처리하면서도 비동기 I/O를 수행할 수 있게 하여 기존 I/O 방식에 대한 많은 가정을 깨뜨린다는 점을 강조했습니다. 이는 Ruby I/O 구현을 단순화하고 성능을 극대화할 수 있는 기회를 제공합니다.

결론

이번 주 UringMachine 파이버 스케줄러 개발은 Ruby의 I/O 처리 방식에 대한 깊은 이해를 바탕으로 상당한 진전을 이루었습니다. 핵심 구성 요소의 성능 최적화부터 Ruby 코어와의 통합을 위한 새로운 훅 제안에 이르기까지, 프로젝트는 안정성과 효율성을 동시에 추구하고 있습니다. 앞으로 타임아웃 처리, `io_pread`, `io_pwrite` 훅 추가 및 광범위한 벤치마킹을 통해 구현을 마무리할 계획입니다. UringMachine은 Ruby 생태계에 고성능 비동기 I/O를 제공하는 데 중요한 역할을 할 것이며, 이는 Ruby의 전반적인 성능 향상에 크게 기여할 것입니다.

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