IPC(Interprocess Communication)

프로세스들이 서로에 대해 완전히 독립된 환경을 갖는다는 것은 운영체제를 공부해 보았다면 자명하다.

하지만 경우에 따라 프로세스 간 통신을 허용하고 싶을 수 있다. 

예를 들어 로컬에서 구동 중인 웹 애플리케이션 서버에서 MySql DB에 접근하는 상황을 가정해 보자.

프로세스가 완전히 독립하다는 가정 하에는, 서로 접근이 불가능하다.

하지만 실제로는 서버에서 DB로 접근이 잘 이루어진다.

이를 가능하게 해주는 것이 바로 IPC이다.

 

 

IPC의 종류

IPC의 종류는 아래와 같다.

1. Pipe
2. Named Pipe
3. Message Queue
4. Shared Memory
5. Socket Communication

 

Pipe

출처: https://code-lab1.tistory.com/42

파이프는 두 프로세스 간 단방향 통신을 수행할 때 이용된다. 

파이프는 일종의 파일로 관리되는데, 이는 익명으로 생성되어 서로 관련이 있는 프로세스(ex. 부모 - 자식)가 아니라면 이에 접근할 수 없다.

파이프가 작동하는 방식은 다음과 같다.

1. 송신 측에서, 파이프에 대해 할당된 파일 디스크립터(쓰기 전용)에 쓰기 작업(write)을 수행
2. 데이터의 순서를 유지한 채 데이터 전송(파이프는 전달 데이터의 순서를 보장)
3. 수신 측에서, 파이프에 대해 할당된 파일 디스크립터(읽기 전용)에 읽기 작업(read)을 수행하여 데이터 수신

파이프는 전송 데이터 간 순서를 보장하고 사용이 어렵지 않다는 점과,

생성한 프로세스가 종료될 때 함께 종료되고 단방향 통신 만을 지원한다는 특징이 있다.

파이프는 pipe() 시스템 콜을 통해 생성할 수 있다.

 

Named Pipe

위에서 언급한 파이프를 익명 파이프라고 부르기도 하는데, 그와는 달리 이름이 따로 있는 파이프도 존재한다.

해당 파이프는 파일 시스템 상에서 특정 이름이 부여되기 때문에,

익명 파이프와 달리 서로 관련이 없는 프로세스일지라도 파이프에 접근하고 사용할 수 있으며

파이프의 생명주기가 특정 프로세스에 종속되지도 않는다.

따라서 프로세스와 관련 없이 파이프가 지속적으로 존재해야 되는 경우에 사용된다.

Named 파이프를 생성하기 위해서는 mkfifo() 시스템 콜을 사용하면 되고,

시스템 콜 이름에서도 나타나듯 Named 파이프를 FIFO라고도 부른다.

 

Message Queue

메시지 큐는 앞서 언급한 파이프와는 달리 비동기 방식으로 프로세스 간 통신을 수행할 수 있는 방법이다.

송신 프로세스는 시스템 콜을 통해 커널에 존재하는 큐(Queue)에다가 메시지를 보내면, 

수신 측에서는 마찬가지로 시스템 콜을 통해 큐에 존재하는 메시지를 꺼내올 수 있다.

이 때 큐에 추가된 메시지들은 먼저 들어온 순서대로 빠져나가게 되며(FIFO) 

바이트 스트림으로 데이터가 전송되는 파이프와 달리

하나의 구조를 갖는 완전한 구조체 단위로(메시지 단위) 데이터가 오간다는 특징이 있다.

메시지 큐는 특정 프로세스에 종속적으로 존재하지 않고, 삭제를 위해서는 특정 명령어를 따로 수행해야 한다.

 

Shared Memory

공유 메모리 방식은 말 그대로 프로세스 간에 서로 공유할 수 있는 메모리를 추가로 할당하고 이를 통해 데이터를 주고 받는 방식이다.

이는 마치 멀티 스레드 환경에서 스레드 간 공유되는 자원들과 비슷하다. 

단순히 메모리에 접근하는 방식이기 때문에 다른 IPC 방식들에 비해 속도가 빠르지만,

멀티 스레드 환경과 유사하게 동시성 문제가 발생할 수 있기 때문에 추가적인 조치(세마포어, 뮤텍스 등의 동시성 이슈 관리)가 필요하다.

메시지 큐 방식과 공유 메모리 방식(출처: https://www.javatpoint.com/what-is-inter-process-communication)

 

Socket Communication

소켓 통신 방식은 서버 개발자라면 익숙한 방식인데, 

일반적으로 사용되는 클라이언트-서버 모델로 구성된다.

TCP/IP 프로토콜을 기본으로 하며, 클라이언트와 서버는 각각 소켓을 생성하고 이를 통해 통신하게 된다.

해당 방식은 다른 IPC 방식보다 조금 느릴 수 있지만,

특정 호스트 내의 프로세스 간 통신 뿐 아니라 일반적인 네트워크 내 호스트 간 통신에도 이용되는 만큼 범용적으로 사용이 가능하다.