IPC(Inter Process Communication)

이창준·2023년 5월 2일

IPC :

프로세스들 사이에 서로 데이터를 주고받는 행위 또는 그에 대한 방법이나 경로라고 할 수 있다

※ IPC 통신은 어떤 상황에서 사용을 할까 ?

프로세스는 독립적으로 실행된다. 즉, 독립 되어있다는 것은 다른 프로세스에게 영향을 받지 않는다고 말할 수 있다. (스레드는 프로세스 안에서 자원을 공유하므로 영향을 받는다) 이런 독립적 구조를 가진 프로세스 간의 통신을 해야 하는 상황이 있을 것이다. 이를 가능하도록 해주는 것이 바로 IPC 통신이다.

▣ IPC

위 그림처럼 Process는 완전히 독립된 실행객체이기 때문에 독립되어 있는 만큼 별도의 설비가 없이는 서로간에 통신이 어렵다는 문제가 있다.
이를 위해서 커널 영역에서 IPC라는 내부 프로세스간 통신을 제공하게 되고, 프로세스는 커널이 제공하는 IPC설비를 이용해서 프로세스간 통신할 수 있다.
IPC에는 System V IPC와 POSIX IPC 라는 두가지 표준이 존재
1) System V IPC
- 오랜 역사를 가진 만큼 이기종간 코드 호환성을 확실히 보장
- API가 오래되었으며, 함수명도 명확하지않음.
2) POSIX IPC
- 직관적으로 API가 구성되어 있어서 상대적으로 조금 더 사용하기 쉬움.
현실에서도 필요에 따라 다양한 통신 설비들이 존재하는 것처럼 IPC에도 다양한 설비들이 존재
각각의 필요에 따라서 적당한 통신 설비들이 준비되어야 하는 것과 마찬가지로 내부 프로세스간 통신에도 그 상황에 맞는 IPC 설비를 선택해야 함.
잘못된 IPC 설비의 선택은 코딩과정을 어렵게 만들거나 프로그램의 작동을 효율적이지 못하게 만들 수 있기 때문에 상황에 맞는 IPC의 선택은, 특히 fork()를 이용해서 만들어진 멀티 프로세스의 프로그램에 있어서 매우 중요

▣ IPC 설비 종류

1. PIPE

파이프는 두 개의 프로세스를 연결하게 되고, 하나의 프로세스는 데이터를 쓰기만, 다른 하나는 데이터를 읽기만 가능
한쪽 방향으로만 통신이 가능한 파이프의 특징 때문에 Half-Duplex(반이중) 통신이라고 부르기도 함.
PIPE와 같은 반이중 통신의 경우 하나의 통신선로는 읽기나 쓰기 중 하나만 가능하므로 만약 읽기와 쓰기, 즉 송/수신을 모두 하기 원한다면 두개의 파이프를 만들어야만 가능
PIPE는 매우 간단하게 사용할 수 있다는 장점이 있다.
단점은 반이중 통신이라는 점으로 만약 프로세스가 읽기와 쓰기 통신 모두를 해야 한다면 PIPE를 두개 만들어야 하는데, 구현이 꽤나 복잡

2. Named PIPE(FIFO)

Named PIPE는 전혀 모르는 상태의 프로세스들 사이의 통신의 경우 사용
Named PIPE는 부모 프로세스와 무관하게 전혀 다른 모든 프로세스들 사이에서 통신이 가능 => 프로세스 통신을 위해 이름이 있는 파일을 사용하기 때문
단점으로는, Named PIPE도 읽기/쓰기가 동시에 가능하지 않으며, read-only, write-only만 가능

3. Message Queue

Queue(큐)는 선입선출의 자료구조를 가지는 통신설비로 커널에서 관리
입출력 방식으로 보자면 위의 Named PIPE와 동일
메시지 큐는 메모리 공간 => 파이프가 아닌, 어디에서나 물건을 꺼낼 수 있는 컨테이너 벨트라고 볼 수 있다.
컨테이너 벨트에 올라올 물건에 라벨을 붙이면 동시에 다양한 물건을 다룰 수 있는 것과 같이, 메시지 큐에 쓸 데이터에 번호를 붙임으로써 여러 개의 프로세스가 동시에 데이터를 쉽게 다룰 수 있음.

4. Shared Memory(공유 메모리)

데이터를 공유하는 방법에는 크게 두 가지
1) 통신을 이용해서 데이터를 주고 받는 것
2) 데이터를 아예 공유, 즉 함께 사용하는 것
PIPE, Named PIPE, Message Queue가 통신을 이용한 설비라면, Shared Memory는 공유메모리가 데이터 자체를 공유하도록 지원하는 설비
Shared Memory(공유 메모리)는 프로세스간 메모리 영역을 공유해서 사용할 수 있도록 허용
프로세스가 공유 메모리 할당을 커널에 요청하면 커널은 해당 프로세스에 메모리 공간을 할당해줌.
공유메모리는 중개자가 없이 곧바로 메모리에 접근할 수 있기 때문에 다른 모든 IPC들 중에서 가장 빠르게 작동함.

5. Socket(소켓)

Socket은 프로세스와 시스템의 기초적인 부분이며, 프로세스 들 사이의 통신을 가능하게 함.
sys/socket.h>라는 헤더를 이용하여 사용할 수 있으며, 같은 도메인에서의 경우에서 연결 될 수 있음.
소켓을 사용하기 위해서는 생성해주고, 이름을 지정해주어야 합니다. 또한 domain과 type, Protocol을 지정해 주어야 함.
클라이언트와 서버가 소켓을 통해서 통신하는 구조로, 원격에서 프로세스 간 데이터를 공유할 때 사용한다.

6. Semaphore

다른 IPC설비들이 대부분 프로세스간 메시지 전송을 목적으로 하는데 반해, Semaphore는 프로세스 간 데이터를 동기화 하고 보호하는데 그 목적을 둠.
프로세스간 메시지 전송을 하거나, 혹은 Shared Memory를 통해서 특정 데이타를 공유하게 될 경우 발생하는 문제가 공유된 자원에 여러개의 프로세스가 동시에 접근하면 안되며, 단지 한번에 하나의 프로세스만 접근 가능하도록 만들어줘야 할 것이며, 이 때 사용되는 것이 Semaphore