IPC(InterProcess Communication)

스터디 Stacked-Book에서 실습과 그림으로 배우는 리눅스 구조 책을 참고하여 학습 후 정리한 글입니다.

IPC(InterProcess Communication)

• 프로세스가 실행되는 방식은 프로세스가 상호 독립적인 방식(independent processes)과 협력적인 방식(cooperationg processes)으로 나뉜다.
• 협력적인 방식일 경우 다른 프로세스와 서로 영향을 주고 받고 데이터를 공유해야한다.
• 이 때 프로세스간 데이터를 주고 받는 동작 또는 그에 대한 방법을 IPC라고 한다.

IPC의 종류

• shared memory
• message passing

shared memory

• 생산자와 소비자가 공유하는 어떤 메모리 영역을 의미한다.
• 버퍼를 이용하여 생산자는 버퍼를 채울 수 있고 소비자는 버퍼를 가져갈 수 있도록 한다.
• 버퍼는 unbounded buffer와 bounded buffer로 나뉜다.
  • unbounded buffer : 버퍼 크기에 한계가 없다.
  • bounded buffer : 고정 크기의 버퍼를 사용한다. 소비자는 버퍼가 비어있을 때 생산자는 버퍼가 가득 차있을 때 대기해야 한다.
• 예제

  #### 버퍼 구조 ####
  #define BUFFER_SIZE 10
  typedef struct {
  ...
  } item;
    
  item buffer[BUFFER_SIZE];
  int in = 0;
  int out = 0;
    
    
  #### 생산자 코드 ####
  item next_produced;
    
  while (true) {
  /* next_produced에 아이템 생산 */
    
      while ((in + 1) % BUFFER_SIZE) == out) {
          ; /* 아무 것도 안 함 */
      }
     
      buffer[in] = next_produced;
      in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
  }
    
    
  #### 소비자 코드 ####
  item next_consumed;
    
  while (true) {
  while (in == out) {
  ; /* 아무 것도 안 함 */
  }
    
      next_consumed = buffer[out];
      out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
     
      /* next_consumed에 있는 아이템을 소비 */
  }
  

shared memory 방식의 문제는 메모리 영역을 공유하게 될 때 메모리 영역에 명시적으로 액세스하거나 관리를 모두 프로그래머가 해야한다는 것이다. 공유가 많아질 수록 복잡해진다

message passing

• 메시지를 주고 받는 프로세스에 OS에서 수단을 제공하는 것이다.
• 즉 shared memory 관리를 OS가 하는 것이다.
• message passing은 send(message), receive(message) 두가지 연산을 제공한다.
• 프로세스 간 통신을 위해서는 서로에게 반드시 메시지를 받아야한다 즉 communication link가 있어야한다. link는 다양한 방법으로 구현될 수 있다.
  • 직 / 간접 통신
  • 동기 / 비동기 통신
  • 자동 / 명시적 버퍼링

IPC System의 예시

• Shared Memory : POSIX Shared Memory
  • POSIX : Unix 계열에서 운영체제 표준화를 한 것이다.
• Message Passing : Pipes
  • Unix에서 가장 기본적인 구현 방법 중 하나이다.

POSIX Shared memory

• POSIX 공유 메모리는 메모리에 매핑된 파일 (memory-mapped file)을 사용한다.
• 예제

  int main()
  {
      /* 공유 메모리 개체의 크기 (바이트 단위) */
      const int SIZE = 4096;
      /* 공유 메모리 개체의 이름 */
      const char *name = "OS";
      /* 공유 메모리에 쓸 문자열 */
      const char* message_0 = "Hello";
      const char* message_1 = "World!";
     
      /* 공유 메모리 파일 설명자 */
      int fd;
      /* 공유 메모리 개체를 가리키는 포인터 */
      char *ptr;
     
      /* 공유 메모리 개체 생성 */
      fd = shm open(name,O CREAT | O RDWR,0666);
     
      /* 공유 메모리 개체 크기 설정 */
      ftruncate(fd, SIZE);
     
      ######## 생산자 코드 와 소비자 코드의 다른 부분 ########
    
      ######## 생산자 코드 ########
      /* 공유 메모리 개체를 메모리에 매핑 */
      ptr = (char*) mmap(0, SIZE, PROT READ | PROT WRITE, MAP SHARED, fd, 0);
     
      /* 공유 메모리 개체에 쓰기 */
      sprintf(ptr,"%s",message 0);
      ptr += strlen(message 0);
      sprintf(ptr,"%s",message 1);
      ptr += strlen(message 1);
     
      return 0;
      ##########################
    
    
      ######## 소비자 코드 ########
      /* 공유 메모리 개체 메모리에 매핑 */
      ptr = (char*) mmap(0, SIZE, PROT READ | PROT WRITE, MAP SHARED, fd, 0);
     
      /* 공유 메모리 개체로부터 읽기 */
      printf("%s",(char *)ptr);
     
      /* 공유 메모리 개체 지우기 */
      shm unlink(name);
     
      return 0;
      ##########################
  }
  

Pipes

• 두 개의 프로세스간 통신을 위한 수도관이라고 할 수 있다.
• 네가지 문제를 고려하여 구현한다.
  • 양방향 통신을 허용할지 단방향 통신을 할지
  • 양방향 통신이 가능하면 반이중 통신방식인지 전이중 통식방식인지
  • 통신할 프로세스 간 관계(부모-자식 관계 같은)가 반드시 존재하는지
  • 파이프가 다른 네트워크에서도 통신이 가능한지.