IPC(Inter Process Communication)

📖프로세스

📖IPC(Inter Process Communication)

프로세스 사이에 서로 데이터를 주고 받는 행위

📖IPC의 필요성

프로세스는 완전히 독립된 실행 객체(서로 독립적인 메모리 영역을 가짐)이기 때문에 별도의 설비 없이는 서로 간 통신이 어려운데, 커널 영역에서 제공하는 IPC 설비를 이용해 프로세스 간의 통신을 할 수 있음

프로세스 간 협력이 필요할 때는?

1. 정보 공유(information sharing)
2. 계산 가속화(computation speedup)
3. 모듈성(modularity)

📖IPC Model 종류

📎메세지 전달 모델(Message Passing model)

커널 메모리 영역에 메세지 전달을 위한 채널을 만들어서 협력하는 프로세스들 사이에 메세지 형태로 정보를 주고 받는 방식

• 메세지를 커널을 경유하여 송/수신자끼리 주고 받으며, 커널에서는 데이터를 버퍼링 &nbsp → 프로세스 간 메모리 공유없이 동작이 가능

장점

• 커널에서 데이터의 주고 받는 것을 컨트롤할 수 있어 별도의 동기화 로직이 필요 없음

단점

• 커널을 통해서 데이터를 주고 받기 때문에 Shared Memory Model보다 느림

방식

1. Direct Communication

통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시하여 메세지를 직접 전달하는 방식

• 프로세스 간 링크는 유일
• 대부분 양방향으로 구성

2. Indirect Communication

mailbox(또는 port)를 통해 메세지를 간접 전달하는 방식

• port로 전송만 하면 되기에 복잡한 Communication Link(다:다)를 만들 수 있음

메세지 전달 모델 구현 IPC

1. 파이프(Pipe)

하나의 프로세스가 파이프를 통해 다른 프로세스로 메세지를 직접 전달하는 방식

• 1:1 통신
• Direct Communication
• 한 쪽 방향으로만 데이터가 이동 (Half-duplex) (한 프로세스는 데이터를 쓰기만 하고, 다른 프로세스는 데이터를 읽기만 함) &nbsp → 양 방향 통신을 위해서는 2개의 파이프 필요
• 보내진 순서대로 받음 (in-order)
• 용량 제한이 있어 파이프가 가득 차면 쓸 수 없음

2. 메세지 큐

고정 크기의 메세지를 큐를 통해 통신하는 방식

• 1:N 통신 &nbsp → 동기화 필요
• 양방향 통신이 가능 (full-duplex)
• 메세지의 형태는 사용자가 정의하여 사용 가능
• 비동기 방식이기 때문에 방대한 처리량이 있다면 큐에 넣은 후 나중에 처리 가능 &nbsp but, 데이터가 많이 쌓일수록 추가적인 메모리 자원이 필요 &nbsp &nbsp 큐에 데이터를 넣고 나오는 과정에서 오버헤드 발생
• 데이터에 번호를 붙여 다수의 프로세스가 동시에 데이터를 쉽게 다룰 수 있음

3. 소켓

네트워크 상에서 각각 임의의 포트를 정하고 포트 번호을 이용하여 통신하려는 상대 프로세스의 소켓을 찾은 후 해당 포트 간의 대화를 통해 통신하는 방식

• 양방향 통신이 가능 (full-duplex)
• 네트워크 소켓을 이용하여 Client-Server 구조로 데이터 통신
• 원격에서 프로세스 간 데이터를 공유할 때 사용
• 포트의 도움으로 프로세스의 위치에 독립적이고 Machine Boundary와 관계가 없기 때문에 Local 뿐만 아니라 Remote로도 사용 가능

📎공유 메모리 모델 (Shared Memory Model)

 협력 프로세스들이 주소 공간의 일부를 공유하며, 공유한 메모리 영역에 데이터를 읽고 씀으로써 정보를 주고 받는 형식

• 프로세스가 공유 메모리 할당을 커널에 요청하면 커널은 해당 프로세스에 메모리 공간을 할당하고, 어떤 프로세스라도 해당 메모리 영역에 접근 가능

장점

• 커널의 관여 없이 메모리에 직접 접근할 수 있기 때문에 IPC 속도가 가장 빠름
• 프로그램 레벨에서 통신 기능을 제공하여 자유로운 통신이 가능

단점

• 메세지 전달 방식이 아니기 때문에 데이터를 읽어야하는 시점을 알 수 없음 &nbsp → 별도의 동기화 기술이 필요
• 동시에 같은 메모리 위치를 접근하는 위치가 발생 가능 &nbsp → 공유 메모리에 접근할 프로세스 간의 Lock 메커니즘이 필요

공유 메모리 모델 구현 IPC

• 공유 메모리(Shared Memory)
• POSIX: Portable OS interface (for UNIX)