프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication)

I. 메모리공유 및 메시지 전달을 이용한 협력, IPC의 개념

- 프로세스들 사이에 서로 데이터를 주고 받는 행위 또는 그에 대한 방법이나 경로

- 주용용도: 정보공유, 계산 가속화, 모듈성, 편의성

- 주요 IPC 방식

방식	운영 체제 및 기타 환경이 제공
파일	- 대부분의 운영 체제
신호	- 대부분의 운영 체제, - 윈도우와 같은 일부 시스템은 C 런타임 라이브러리에서만 신호 제공
소켓	- 대부분의 운영 체제
메시지큐	- 대부분의 운영 체제
파이프	- 모든 POSIX 시스템, 윈도우
지평 파이프	- 모든 POSIX 시스템, 윈도우
세마포어	- 모든 POSIX 시스템, 윈도우
공유 메모리	- 모든 POSIX 시스템, 윈도우
메시지 전달 (비공유)	- MPI 패러다임 - 자바 RMI - CORBA - MSMQ - 메일슬롯
메모리 맵 파일	- 모든 POSIX 시스템, 윈도우

- POSIX는 이식 가능 운영 체제 인터페이스 (Portable Operating System Interface)

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II. IPC의 통신모델

구분	Message Passing Model	Shared Memory Model
개념	- 프로세스 간 메시지 교환	- 공유 메모리 이용 정보 교환
개념도
통신기능제공	- 운영체제	- 응용 프로그래머
충돌	- 발생 불가능	- 발생 가능
구현 난이도	- 낮음	- 높음
속도/용량	- 저속/소량	- 고속/대량
커널간섭	- 메시지 전달 시 마다 시스템 호출로 오버헤드 발생 - 커널 의존도 높음	- 공유메모리 구축 시만 시스템 호출 - 커널 의존도 낮음
주요기법	- PIPE, FIFO, 메시지큐, 소켓, 세마포어	Shared Memory

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III. IPC의 주요 구현기법

가. 메시지 큐

구분	설명
정의	- OS의 제어를 통해 커널 내 Message Queue를 이용하여 프로세스간 메시지를 전달하는 단 방향 통신 기법
특징	높은 커널 의존성	- 메시지 전달 시마다 운영체제 System call 필요
	메시지 단위 전송	- 프로세스 간 이산적 데이터를 메시지 형태로 전송
	직접/간접 통신	- 송수신 프로세스를 직접 명시하는 직접통신 방식과 메일박스 이용해 간접적으로통신하는 방식 사용
구성도
구성요소	메시지	- 메시지 유형(정수값, id) + 바이트 집합 (데이터)
	시스템호출 함수	msgget()	- 메시지 큐 및 식별자 생성
		msgsnd(), msgrcv()	- 메시지 전송, 수신
		msgctl()	- 메시지 큐 제어
	동작방식	1) Sender 메시지 전송	- 메시지 큐 마지막에 연결
		2) Receiver 메시지 수신	- 사전 정의된 수신 정책 기준으로 메시지큐에서 수신

나. 공유메모리

구분	설명
정의	- 메모리의 일부 공간을 다수의 프로세스에게 공유하는 양방향 통신 기법
특징	커널 통한 공유 메모리 할당	- 프로세스가 공유 메모리 할당/제거를 커널에 요청하여 프로세스에 메모리 공간 할당/제거
	빠른속도	- 포인터를 이용한 메모리 공유로 복사 등 오버헤드 미발생
	동기화문제	- 세마포어 등 프로세스 간 동기화 기법의 적용 필요
구성도
구성요소	공유메모리	- 공유 메모리 세그먼트를 생성하는 프로세스의 주소 공간에 위치, 다른 프로세스가 이 세그먼트를 자신의 주소 공간에 추가
	시스템호출 함수	shmeget()	- 공유메모리 및 식별자 생성
		shmat()	- 공유메모리와 프로세스 데이터 영역과 연결
		shmdt()	- 연결 해제
		shmctl()	- 공유메모리 제어
	동작방식	1) 공유메모리 생성	- 커널에 공유메모리 생성 요청
		2) 메모리 공유	- 통신 프로세스간 포인터 공유
		3) 메모리 해제	- 커널에 공유메모리 해제 요청

다. 세마포어

구분	설명
정의	- 실행단위(프로세스 또는 쓰레드) 간의 동기화 기능을 제공하는 기법
특징	상호배제	- 임계영역에 대한 접근 순서 제어
	커널모드 동기화	- 서로 다른 프로세스 간 동기화 가능
구성도
구성요소	세마포어 종류	Binary	- 0/1 flag 통해 단일 자원 제어
		Counting	- 0 이상 정수값 변수로 다수 자원 제어
	시스템호출 함수	semget()	- 세마포어 및 식별자 생성
		semop()	- 세마포어 연산
		semctl()	- 세마포어 제어
	동작방식	1) P 함수	- 임계영역 진입 전 잠금 수행
		2) S 함수	- 작업 종료 후 잠금 해제