[시스템 프로그래밍] Inter-Process Communication

Signals

 

A very simple way of sending messages between two proecesses → Information transferred is limited to a signal number (standard signal)

시그널은 프로세스간의 메시지를 주고 받는 가장 간단한 방법이지만, 그 정보가 시그널 숫자로 제한된다는 한계를 갖는다.

 

Inter-Process Communication (IPC)

 

• Pipe → Stream oriented (e.g., TCP) → Data가 쌓이면 그냥 뭉쳐버린다.
• Message queue → Message oriented (e.g., UDP) → Data가 오면, 덩어리 (메시지) 단위로 쌓는다.
• Shared Memory → A virtual memory area shared between processes → 공통의 공간을 여러 프로세스가 사용하는 것이기 때문에 Race Condition이 발생할 수 있다. 이는 sigprocmask()로도 해결할 수 없다.
• Semaphore → Synchronization → Shared Memory의 Race condition문제를 해결하기 위해 사용한다.
• Socket → An endpoint of an inter-process communication flow across a computer network → 다른 컴퓨터의 프로세스에"도" 사용할 수 있다. 같은 컴퓨터의 내부에 사용한다면 쓸데 없는 overhead가 발생한다. socket은 process의 위치를 모르는 경우에 해결책이 될 수 있다.

 

System V (SysV) IPC

 

SysV

• UNIX OS developed by AT&T
• System V release 4, or SVR4, was commercially the most successful version
• System V interface definition
  • IBM's AIX
  • Sun's Solaris
  • Hewlett-Packard's HP-UX

Supported IPCs

• Message queue
• Shared Memory
• Semaphore

 

POSIX IPC

 

Portable Operating System Interface (POSIX)

• Standards specified by the IEEE for maintaining cimpatibility between operating systems

Supported IPCs

• Pipe (POSIX.1)
• Message queue (POSIX.1b)
• Shared memory (POSIX.1b)
• Semaphore (POSIX.1b)

 

Pipe

 

Pipe

• A unidirectional data channel → 데이터의 방향이 하나로, 오고 가는 데이터의 채널을 만들고 싶다면 두 개의 pipe를 만들어야 한다.
  • Stream oriented → 데이터의 구분 없이, 뚝뚝 떼어내서 데이터를 받을 수 있다.
  • Data written to the write end of the pipe is buffered by the kernel until it is read from the read end of the pipe → 쓰여진 데이터는 pipe의 한 쪽 끝에 쓰이고, 이는 커널에 저장되는데, 그 한 쪽 끝에서부터 읽힌다.
  • Strict FIFO behavior
• System calls
  • pipe() → pipe만들기
  • read(), write()

pipe

 

Pipe examples

 

• cmd1 | cmd2
  • Pipes '|' send the output of one command as input of another command → | 를 통해 cmd1의 출력을 cmd2의 입력으로 넣고, cmd2의 출력을 터미널에 보여준다.
    • the standard input to cmd1 comes from the terminal keyboard
    • the standard output from cmd1 fed to cmd2 as its standard input
    • the standard output from cmd2 is connected to the terminal screen

 

Useful commands

 

• cat
  • Concatenate files and print on the standard outuput

cat examples

 

• more
  • Pages through text one screenful at a time → 화면 단위로 출력을 보여준다

more examples

 

• grep
  • prints lines matching a pattern

grep examples

 

• sort
  • sort lines of text files

 

examples

examples

 

Message Queue

 

• A bidirectional data channel → 방향이 양방향이라기 보다는 양방향 통신이 하나의 Queue로 가능하다는 것이다
  • Message oriented → 데이터를 메세지, 덩어리 단위로 저장하고 꺼내 쓴다.
  • Allows one or more processes to write message to be read by other processes → 하나 이상의 프로세스들이 다른 프로세스들을 위해 메시지를 쓸 수 있다.
  • Each message queue is identified by a message queue identifier
  • A message queue is implemented as a linked list of messages in the kernel → message queue는 커널에 linked list의 형태로 존재한다
  • Messages can be retrieved out of FIFO order → 기본적으로 FIFO이지만, priority개념이 있어서, 우선순위에 따라 읽힐 수도 있다

message queue

 

• message queue system call
  • SysV message queue
    • msgget() → Message Queue 생성, identifier 반환
    • msgsnd() → send
    • msgrcv() → receive
  • POSIX message queue
    • mq_opne() → Message Queue 생성, identifier 반환
    • mq_send() → send
    • mq_receive() → receive
    • mq_close()
    • mq_unlink()

 

Shared Memory

 

• A portion of memory mapped into the address space of one or more processes → 하나 이상의 프로세스들의 주소 공간에 할당된 메모리 공간이다. 이때 프로세스들의 할당된 주소 번지는 다를 수 있다.
  • Allows processes to communicate information by sharing a region of memory
  • Processes must synchronize their access to a shared memory object, using semaphore → semaphore를 이용해서 프로세스들의 접든을 통해하여, 싱크를 맞춰야만 한다

shared memory

• shared memory system call
  • SysV shared memory
    • shmget() → shared memory 만들기
    • shmat() → shared memory를 virtual address에 attatch
    • shmdt() → shared memory를 virtual address에 dittatch
  • POSIX shared memory
    • shm_open() → shared memory를 만들고 attatch까지
    • shm_unlink() → unlink

 

 

Semaphore

 

• A sharable integer whose value is never allowed to fall below zero
  • Allow processes and threads to shynchronize their actions