[CS] IPC(Inter Process Communication)

📌 프로세스간 통신 → 프로세스들 사이에 서로 데이터를 주고받는 행위 또는 그 방법

☑️ Process는 완전히 독립된 실행객체

→ 다른 프로세스의 영향을 받지않는다는 장점

→ but, 독립되어있는 만큼 별도의 설비가 없이는 서로간에 통신이 어렵다는 문제

☑️ 커널 영역에서 IPC라는 내부 프로세스간 통신을 제공함으로써 프로세스간 통신을 할 수 있음

 

IPC의 종류

☑️ PIPE(파이프)

• 두 개의 프로세스를 연결하여 하나의 프로세스는 데이터를 쓰기만 하고, 다른 프로세스는 데이터를 읽기만 함
• 부모 자식 간에 단방향 통신으로 자주 사용
• 한쪽 방향으로만 통신이 가능한 PIPE의 특징 때문에 Half-Duplex(반이중)통신이라고도 불림
• 하나의 통신선로는 읽기/쓰기 중 하나만 가능하므로 만약 읽기/쓰기(송/수신)을 모두 하기 원한다면 두 개의 파이프를 만들어야 가능
• read()와 write()가 기본적으로 block mode로 작동되기에 프로세스가 read대기 중이라면 이 작업이 끝나기 전에는 write를 할 수 없음
  • ✅ 장점
    
    • 간단하게 사용할 수 있음
    • 한쪽 프로세스는 단지 읽기만하고, 다른 프로세스는 쓰기만 하는 단순한 데이터 흐름에 적합
  • ✅ 단점
    • Full-Duplex(전이중) 통신 방식으로 활용하려면 파이프를 두 개 만들어야하는데, 구현이 꽤 복잡해질 수 있음 (다른 방법을 찾는게 더 효율적일 수 O)
    • buffer가 상대적으로 작기때문에 overflow될 확률이 높음 (read처리를 빨리빨리 해줘야 함)
    • 부모자식관계의 프로세스들 사이에서 가능

☑️ Named PIPE

• 통신을 할 프로세스가 명확히 알 수 있는 경우 사용
• 전혀 모르는 상태의 프로세스들 사이에서 통신할 경우 사용
• 프로세스간에 통신을 위해 이름이 있는 파일을 매개체로 사용하기 때문에, 전혀 다른 모든 프로세스들 사이에서 통신이 가능
• mkfifo를 통해 Named PIPE를 생성하는데, mkfifo가 성공하면 이름이 명명된 파일이 생성되고 이를 활용해서 프로세스 간에 통신이 이루어짐
  • ✅ 장점
    
    • 기본PIPE와 비슷
  • ✅ 단점
    • 읽기/쓰기가 동시에 이루어지지 않음. (단방향 통신 : read-only or write-only)
    • 그외 → 기본 PIPE와 비슷

☑️ Message Queue (메시지 큐)

• FIFO(First-In First-Out, 선입선출) 자료구조를 가지는 통신설비로 커널에서 관리
• 입출력 방식으로 보면 Named PIPE와 동일하지만, Message Queue는 메모리 공간을 나타냄
• Message Queue에 쓸 데이터에 번호를 붙임으로써 다수의 프로세스가 동시에 데이터를 쉽게 다룰 수 있음
  • ✅ 장점
    • 비동기 방식이기에 방대한 처리량이 있다면 큐에 넣은 후 나중에 처리할 수 있음
    • 다수의 프로세스들이 큐에 메시지를 보낼 수 있고, 다수의 프로세스들이 큐로부터 메시지를 꺼낼 수 있음
    • 분산처리 및 경쟁처리 방식에 사용할 수 있음
  • ✅ 단점
    • 메시지가 정말 잘 전달되었는지 알 수 없음
    • 큐에 데이터를 넣고 나오는 과정에서 오버헤드가 발생할 수 있음
    • 데이터가 많이 쌓일수록 추가적인 메모리 자원이 필요함

☑️ Shared Memory (공유메모리)

• 데이터 공유 방법에는 크게 두가지가 존재
  • 통신을 이용해서 데이터를 주고받는 방법 (Ex. PIPE, Named PIPE, Message Queue, …)
  • 데이터를 공유 (즉, 함께 사용) (Ex. Shared Memory)
• 즉, 공유 메모리가 데이터 자체를 공유하도록 지원하는 설비
• 공유메모리는 프로세스간 메모리 영역을 공유해서 사용할 수 있도록 허용
• 프로세스가 공유 메모리 할당을 커널에 요청하면 커널은 해당 프로세스에 메모리 공간을 할당해 주게되고, 이후 어떤 프로세스건 해당 메모리 영역에 접근할 수 있음
  • ✅ 장점
    • 중개자 없이 곧바로 메모리에 접근할 수 있기 때문에 모든 IPC 중에 가장 빠르게 작동
    • == 커널 메모리 영역에서 관리하기에 빠르게 접근 가능
  • ✅ 단점
    • 메시지 전달 방식이 아니기에 데이터를 읽어야하는 시점을 알 수 없음
    • 커널 설정에 종속적이기에 사용하기 전에 커널에서 허용하고 있는 공유메모리 사이즈를 확인해야 함

☑️ Memory Map (메모리 맵)

• 메모리를 공유한다는 측면에서 공유메모리와 비슷함
• 열린 파일을 메모리에 맵핑시켜서 공유함
• 주로 파일로 대용량 데이터를 공유해야할 때 사용
  • ✅ 장점
    • 데이터가 메모리에 이미 올라와있는 것처럼 간단하게 접근할 수 있음
    • 일반적인 파일 I/O에 비해 나은 성능을 보여줌
    • 비동기 I/O를 사용하지만 시스템에서 처리해주기 때문에 스레드 문제를 걱정할 필요가 없음
  • ✅ 단점
    • 일반 파일 I/O에 비해 많은 메모리 요구
    • 많은 데이터를 얼마나 오랫동안 메모리에 둘 것인지 컨트롤할 수 없음

☑️ Socket (소켓)

• 같은 도메인 내에서 연결될 수 있고, 프로세스들 사이의 통신을 가능하게 함
• 서버단에서는 bind, listen, accept를 진행해 소켓 연결을 위한 준비를 함
• 클라이언트 단에서는 connect을 통해 서버에 요청하고 연결이 수립된 후에는 socket에 send함으로써 데이터를 주고 받음
• 연결이 끝나면 반드시 close()로 clear 함
• 즉, 네트워크를 통해 프로세스간에 통신을 진행함
  • ✅ 장점
    • 서버/클라이언트 환경을 구축하는데 용이
    • Internet Socket인 경우, 데이터 유실이 발생할 수 있지만, Unix Domain 소켓은 PIPE와 같은 형태로 이루어지고 같은 시스템에서 교환이 일어나므로 패킷이 유실되거나, 순서가 바뀌는 등 문제가 발생하지 않을 것이라 장담할 수 있음
    • 범용적인 IPC로써 양방향 통신이 가능함
    • 패킷 단위로 주고 받음으로 직관적으로 이해하기 쉬운 코드를 만들 수 있음
  • ✅ 단점
    • Internet UDP와는 달리 경로를 지정할 수 없음 (다중의 클리언트를 받아들이는 서버의 경우 문제가 될 수 있음)