[운영체제] IPC(Inter Process Communication) - 프로세스 간 통신

IPC(Inter Process Communication)

• 독립적인 메모리 공간을 갖는 프로세스 간의 통신 기법
• 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원을 사용하기 위해 동시에 접근 가능한 메모리 즉, 프로세스들이 공유하는 메모리가 필요
• 커널 영역에서 IPC라는 내부 프로세스 간 통신 설비를 제공

 

1. 공유 메모리 (Shared Memory)

• 공유 메모리(Shared Memory)가 데이터 자체를 공유하도록 설비
• 프로세스가 공유 메모리 할당을 커널에 요청하면 커널은 해당 프로세스에 메모리 공간을 할당
• 모든 프로세스는 공유 메모리에 접근할 수 있음
• Text와 Data 영역 사이 공유 메모리 포인팅 공간 (각 프로세스가 메모리 영역에 첨부되는 방식)
• 프로세스 간 Read, Write를 모두 필요로 할 때 사용
• 중개자 없이 곧바로 메모리에 접근할 수 있기 때문에 모든 IPC 중 가장 빠르게 작동
• 동기화에 주의

 

2. 파이프 (Pipe)

• 통신을 위한 메모리 공간(버퍼)을 생성하여 프로세스가 데이터를 주고 받게끔 함
• 단방향 통신 지원

2-1) 익명 파이프 (Anonymous PIPE)

• 익명의 PIPE를 통해 동일한 부모-자식 or 형제 프로세스 간의 단방향 통신을 지원
  • 통신할 프로세스를 명확히 알 수 있어야 함
  • 외부 프로세스에서 사용할 수 없음
• 파이프로 두 개의 프로세스를 연결하고 하나의 프로세스는 데이터를 쓰기만, 다른 하나는 데이터를 읽기만 함
• 한쪽 방향으로만 통신이 가능한 파이프의 특성 때문에 반이중(Half-Duplex) 통신이라고도 부름
• 간단하게 사용할 수 있지만 전이중 통신으로 송/수신을 모두 하려면 두 개의 파이프를 만들어야 해서 구현이 복잡해짐
• pipe 함수로 생성

2-2) 네임드 파이프 (Named PIPE)

• 이름이 있는  파일을 사용하기 때문에 부모 프로세스와 무관한 다른 프로세스끼리도 통신 가능
  • 다른 프로세스들이 PIPE 이름만 알면 통신 가능
  • 외부 프로세스도 사용 가능
• 익명 파이프와 마찬가지로 반이중 통신 방식이기 때문에 전이중 통신을 위해서는 두 개의 파이프를 만들어야해 구현이 복잡해짐
• mkfifo나 mknod 함수로 생성

 

3. 소켓 (Socket)

• 동일한 호스트 운영 체제에서 실행되는 프로세스 간 데이터를 교환하기 위한 데이터 통신 엔드포인트
• 네트워크 소켓 통신을 통해 데이터 공유
  • 데이터 교환을 위해 양쪽 PC에서 각각 임의의 포트를 정하고 해당 포트 간의 연결을 통해 데이터를 주고 받는 방식
  • 각 PC가 타 PC 포트에 연결되면 PIPE처럼 1대1로 데이터를 주고받음
• 같은 도메인 내 원격에서 프로세스 간 데이터를 공유할 때 사용
• 클라이언트/서버의 통신 구조
  • 서버는 bind, listen, accept 과정을 통해 소켓 연결 준비
  • 클라이언트는 connect를 서버에 요청
  • 연결 수립 후 socket에 데이터 send()
  • 연결 해제 시 socekt close()
• 전이중(Full Duplex)/양방향 통신이 가능

 

4. 메시지 큐 (Message Queue)

• 입출력 방식은 Named PIPE과 동일하지만 데이터 흐름이 아닌 메모리 공간을 사용한 PIPE임
• 다수의 프로세스 간 메시지를 전달할 수 있음
• 사용할 데이터에 번호를 붙혀 여러 프로세스가 동시에 데이터를 쉽게 다룰 수 있음
• 메시지 접근을 위해 key 필요

 

5. 메모리 맵 (Memory Map)

• 공유 메모리처럼 메모리 공간을 공유하지만 열린 파일을 메모리에 매핑시켜 공유하는 방식
• 프로세스의 가상 메모리 주소 공간에 파일을 매핑한 뒤 가상 메모리 주소로 직접 접근하는 것으로 파일 읽기/쓰기를 대신
• 주로 파일로 대용량 데이터를 공유해야할 때 사용
• 페이징 기법을 사용해 파일의 내용을 관리하며 페이지 크기에 따라 적절히 파일의 내용을 읽고 쓸 수 있음
• 대부분 운영체제에서는 프로세스를 실행할 때 실행 파일의 각 세그먼트를 메모리에 사상하기 위해 메모리 맵 파일을 이용

 

6. RPC (Remote Procedure Call)

• 별도의 원격 제어를 위한 코딩 없이 다른 주소 공간에서 함수나 프로시저를 실행할 수 있게하는 프로세스 간 통신 기술
• 원격 프로시저 호출을 통해 프로그래머는 함수가 실행 프로그램에서 로컬 위치에 있던 원격 위치에 있든 동일한 코드를 이용할 수 있음
• 분산 네트워크 망에서 많이 사용하는 방식
• 분리된 PC에 저장된 데이터를 마치 내 PC에 존재하는 것처럼 데이터를 가져와 사용하는 통신 방법
  • 스텁(Stub)을 통해 마치 데이터가 자신의 디스크에 존재하는 것처럼 착각을 일으킴

 

 

IPC 정리

IPC 종류	PIPE	Named PIPE	Message Queue	Shared Memory	Memory Map	Socket
용도	부모 자식 간 단방향 통신	다른 프로세스와 단방향 통신	다른 프로세스와 단방향 통신	다른 프로세스와 양방향 통신	다른 프로세스와 양방향 통신	다른 시스템 간 양방향 통신
공유 매개체	파일	파일	메모리	메모리	파일+메모리	소켓
통신단위	stream	stream	구조체	구조체	페이지	stream
통신방향	단방향	단방향	단방향	양방향	양방향	양방향
통신 가능 범위	동일 시스템	동일 시스템	동일 시스템	동일 시스템	동일 시스템	동일+외부 시스템

 

 

⭐️ 참고

• https://dar0m.tistory.com/233
• https://heeonii.tistory.com/13