[Operating System] IPC(Inter Process Communication)

 

- 프로세스는 독립적으로 실행된다.(스레드는 프로세스 안에서 자원을 공유하므로 영향을 받는다)

- 즉, 독립 되어있다는 것은 다른 프로세스에게 영향을 받지 않는다고 말할 수 있다.

 

이런 독립적 구조를 가진 프로세스 간의 통신을 해야 하는 상황이 있을 것이다.

= > 이를 가능하도록 해주는 것이 바로 IPC 통신이다.

 

 

 

프로세스는 커널이 제공하는 IPC 설비를 이용해 프로세스간 통신을 할 수 있게 된다.

 

커널이란?

운영체제의 핵심적인 부분으로, 다른 모든 부분에 여러 기본적인 서비스를 제공해준다.

 

IPC 설비 종류도 여러가지가 있다. 필요에 따라 IPC 설비를 선택해서 사용해야 한다.

 

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IPC의 종류

1. 익명 PIPE

• 파이프는 두 개의 프로세스를 연결하는데 하나의 프로세스는 데이터를 쓰기만 하고, 다른 하나는 데이터를 읽기만 할 수 있다.
• 한쪽 방향으로만 통신이 가능한 반이중 통신이라고도 부른다.
• 매우 간단하게 사용할 수 있는 장점이 있고, 단순한 데이터 흐름을 가질 땐 파이프를 사용하는 것이 효율적이다.
• 단점으로는 전이중 통신을 위해 2개를 만들어야 할 때는 구현이 복잡해지게 된다.
• 따라서 양쪽으로 모두 송/수신을 하고 싶으면 2개의 파이프를 만들어야 한다.

2. Named PIPE(FIFO)

• 익명 파이프는 통신할 프로세스를 명확히 알 수 있는 경우에 사용한다. (부모-자식 프로세스 간 통신처럼)
• Named 파이프는 전혀 모르는 상태의 프로세스들 사이 통신에 사용한다.
• 하지만, Named 파이프 역시 읽기/쓰기 동시에 불가능함. 따라서 전이중 통신을 위해서는 익명 파이프처럼 2개를 만들어야 가능
• 즉, 익명 파이프의 확장된 상태로 부모 프로세스와 무관한 다른 프로세스도 통신이 가능한 것 (통신을 위해 이름있는 파일을 사용)

3. Message Queue

• 입출력 방식은 Named 파이프와 동일함
• 다른점은 메시지 큐는 파이프처럼 데이터의 흐름이 아니라 메모리 공간이다.
• 사용할 데이터에 번호를 붙이면서 여러 프로세스가 동시에 데이터를 쉽게 다룰 수 있다.

4. 공유 메모리

• 파이프, 메시지 큐가 통신을 이용한 설비라면, 공유 메모리는 데이터 자체를 공유하도록 지원하는 설비다.
• 프로세스의 메모리 영역은 독립적으로 가지며 다른 프로세스가 접근하지 못하도록 반드시 보호되야한다.
• 하지만 다른 프로세스가 데이터를 사용하도록 해야하는 상황도 필요할 것이다. 파이프를 이용해 통신을 통해 데이터 전달도 가능하지만, 스레드처럼 메모리를 공유하도록 해준다면 더욱 편할 것이다.
• 공유 메모리는 프로세스간 메모리 영역을 공유해서 사용할 수 있도록 허용해준다.
• 프로세스가 공유 메모리 할당을 커널에 요청하면, 커널은 해당 프로세스에 메모리 공간을 할당해주고 이후 모든 프로세스는 해당 메모리 영역에 접근할 수 있게 된다.
  • 중개자 없이 곧바로 메모리에 접근할 수 있어서 IPC 중에 가장 빠르게 작동함

5. 메모리 맵

• 공유 메모리처럼 메모리를 공유해준다. 메모리 맵은 열린 파일을 메모리에 맵핑시켜서 공유하는 방식이다. (즉 공유 매개체가 파일+메모리)
• 주로 파일로 대용량 데이터를 공유해야 할 때 사용한다.

6. 소켓

• 네트워크 소켓 통신을 통해 데이터를 공유한다.
• 클라이언트와 서버가 소켓을 통해서 통신하는 구조로, 원격에서 프로세스 간 데이터를 공유할 때 사용한다.
• 서버(bind, listen, accept), 클라이언트(connect)

 

이러한 IPC 통신에서 프로세스 간 데이터를 동기화하고 보호하기 위해 세마포어와 뮤텍스를 사용한다.

(공유된 자원에 한번에 하나의 프로세스만 접근시킬 때)