[운영체제] Message Queue (IPC)

Jaehwan Lee·2021년 10월 25일

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1) Message Queue란 무엇인가?

Message queue란 프로세스 간의 정보를 주고 받는 통신(IPC, Inter-process Communication)을 위해 사용하는 기술이다. 이름 그대로 queue를 사용하며 메시지를 주고 받는다.

Queue를 사용하기 때문에 기본적으로 FIFO 방식이다. 따라서 먼저 들어온 메시지를 먼저 수신하지만, (메시지 큐의 msgtype 타입에 따라) 특정 메시지를 먼저 수신할 수도 있다.

2) Message Queue vs Message Passing

IPC (Inter-process Communication)을 검색하면 Message passing 이라는 IPC 모델이 찾을 수 있다. Message passing과 Message queue는 어떻게 다를까?

일단 Message passing은 구현보다는 개념적으로 사용되는 용어이다. 프로세스 간의 통신을 하기 위해 메시지를 어떻게 전송할지에 대한 방법론이고 그 구체적인 방법 중 하나가 Message queue 구현 방법이다.

또한, message passing은 동기적으로 전송할 수도 있지만, Message queue는 비동기적으로 전송하여 좀 더 효율적이며, queue가 버퍼의 역할을 하기에 어딘가에 저장되어 있다. 그 구체적인 위치는 kernel level이며 프로세스가 종료되어도 함수나 특정 동작으로 삭제하지 않으면 남아있게 된다.

3) Message Passing (IPC) vs Shared Message (IPC)

Message passing

커널의 중계를 통해 메시지를 전달하며 큐를 사용하여 비교적 안전하다.
Queue에 저장하고 꺼내고 하는 과정에서 발생하는 Overhead로 인해 효율성은 떨어진다.

Shared Message

User level에 존재하는 shared memory 공간을 생성하여 사용한다.
효율이 좋지만 다른 프로세스가 접근할 수 있도록 접근 금지를 풀어주어야 한다.
동시에 같은 메모리 위치를 접근하는 문제가 발생할 수 있다.

4) Message Queue 구현을 위한 헤더 파일

Message queue 구현을 위해서는 아래의 3개의 헤더 파일이 필요하다.

#include <sys/msg.h> 
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/types.h>

위의 헤더 파일에서 정의하고 있는 몇 가지 중요한 시스템 콜들이 있다.

Create Message

int masgget (key_t key, int msgflg);

Send Message

int msgsnd(int msqid, struct msgbuf * msgp, size_t msgsize, int msgflg);

Receive Message

ssize_t msgrcv(int msgid, struct msgbuf * msgp, size_t msgsize, long msgtype, int msgflg);

Control Message

int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf);

5) Message Queue 예제 코드

sender.c (송신자 소스 코드)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
// for Message queue
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define BUFFER_SIZE 1024

typedef struct { // Message buffer structure
  long msgtype; // Message type, must be > 0 with 'long' data type
  int value;
  char buf[BUFFER_SIZE]; // Message data to push in queue
} msgbuf;

int main() {
    int cnt = 0;
    int key_id; // Message queue ID
    msgbuf msg;
    msg.msgtype = 1;

    key_id = msgget((key_t) 1234, IPC_CREAT|0666); // Create Message (message queue key, message flag)

    if (key_id == -1) {
        printf("Message Get Failed!\n");
        exit(0);
    }
    
    while (1) {
        msg.value = ++cnt;
    
        if (cnt >= 10) {
            printf("Message Sending Finished!\n");
            break;
        }

        if (msgsnd(key_id, &msg, sizeof(msg), IPC_NOWAIT) == -1) { // IPC_NOWAIT flag: if no more queu space, fail instead of blocking
            printf("Message Sending Failed!\n");
            exit(0);
        }
        
        printf("value: %d\n", msg.value);
        sleep(1);
    }
    exit(0);
}

receiver.c (수신자 소스 코드)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
// for Message queue
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#define BUFFER_SIZE 1024

typedef struct {
    long msgtype;
    int value;
    char buf[BUFFER_SIZE];
} msgbuf;

int main() {
    int key_id;
    msgbuf msg;
    msg.msgtype = 1;
    
    key_id = msgget((key_t) 1234, IPC_CREAT|0666); // Create Message (message queue key, message flag)
    
    if (key_id == -1) {
        printf("Message Get Failed!\n");
        exit(0);
    }
    
    while (1) {
        if (msgrcv(key_id, &msg, sizeof(msg), 1, 0) == -1) { // Receive if msgtype is 1
            printf("Message Receiving Finished!\n");
            exit(0);
        }
        
        printf("value: %d\n", msg.value);
    }

    printf("Message Receiving Finished!\n");
    exit(0);
}