프로세스 간 통신

프로세스 간 통신의 개념

• 프로세스와 프로세스가 서로 데이터를 주고받으며 협업하는 과정
• 프로세스 내부 데이터통신
  • 하나의 프로세스에 2개 이상의 스레드가 존재하는 경우의 통신
  • 전역변수 / 파일을 이용하여 데이터를 주고 받음
• 프로세스간 데이터 통신
  • 같은 컴퓨터에 있는 여러 프로세스끼리 통신
  • 공용 파일 / 운영체제가 제공하는 파이프를 활용하여 데이터를 주고 받음
• 네트워크를 이용한 데이터 통신
  • 여러 컴퓨터가 네트워크로 연결 되어 있을 때 프로세스간 통신 → 네트워킹
  • 소켓을 활용하여 데이터를 주고 받음
  • 원격 프로시저 호출 : 다른 컴퓨터에 있는 함수를 호출해주는 작업

프로세스 통신의 분류

• 함수 호출도 데이터를 주고 받는데에서 통신으로 볼 수 있으나, 하나의 프로세스 내에서 순차적으로 실행되기 떄문에 통신이라 칭하지 않음
• 프로세스간 통신 → 동시에 실행되는 프로세스 끼리 데이터를 주고받는 작업을 의미
• 통신 방향에 따른 분류
  • 데이터가 전송되는 방향에 따라 분류
  • 양방향 통신
    • 데이터를 동시에 양쪽 방향으로 전송 할 수 있는 구조
    • 소켓 통신이 양방향 통신에 해당
  • 반양방향 통신
    • 데이터를 양쪽 방향으로 전송 할 수 있지만, 동시 전송은 불가능 하며 특정 시점에만 한쪽 방향으로 전송 가능한 구조
    • 무전기 통신이 반양방향 통신에 해당
  • 단방향 통신
    • 한쪽 방향으로만 데이터를 전송 할 수 있는 구조
    • 모스 신호 / 전역변수를 하나만 활용한 통신이 단방향 통신에 해당
• 통신 구현 방식에 따른 분류
  • 전역 변수를 사용한 통신 시, 언제 전역변수가 변경 되었는지 알 수 없어 지속적인 변화 감지가 필요함
  • 무한루프를 돌며 이렇게 지속적으로 변수를 확인 하는 것 → 바쁜 대기 ( Busy waiting ) 으로 지칭
  • 성능 저하의 원인이 될 수 있으므로 지양 해야함
  • 데이터의 변화를 지속적으로 확인하는 것이 아니라, 데이터가 도착 했을 때 변화가 생겼음을 알려주는 작업 → 동기화
  • 동기화 기능의 유무에 따라 구분 가능
  • 동기화 기능을 지원하는 통신 ( 대기가 있는 통신, 동기화 통신 )
    • 데이터를 받는 쪽은 데이터가 도착할 때 까지 대기 상태에 머무름
    • 파이프 / 소켓을 활용한 통신이 이에 해당
  • 동기화 기능을 지원하지 않는 통신 ( 대기가 없는 통신, 비동기화 통신 )
    • 데이터를 받는 쪽은 Busy waiting을 사용하여 데이터가 도착했는지 여부를 지속적으로 직접 확인
    • 전역변수 / 파일을 이용한 통신이 이에 해당

프로세스 간 통신의 종류

• 통신은 데이터를 주거나 ( Send / write ) / 받는 동작 ( Receive / read )으로 구분됨
• 동기화 로직에 집중하여 통신을 살펴 보는것이 중요

1. 전역변수를 이용한 통신

   • 공동으로 관리하는 메모리를 사용하여 데이터를 주고 받는 통신
   • 보내는쪽 : 전역변수에 값을 씀 / 받는 쪽 : 전역변수 값을 읽음
   • 주로 직접적으로 관련이 있는 프로세스 간에 사용
   • 데이터의 동기화가 기능이 존재 하지 않아 busy waiting이 지속됨 → 성능 저하

2. 파일을 이용한 통신

   • 파일 열기 → 쓰기 / 읽기 → 파일 닫기 로 구성 되어 있음

   #include <stdio.h>
   #include <unistd.h>
   #include <fcntl.h>
   
   int main () {
   	int fd;
   	char buf[5];
   	fd = open("com.txt", O_RDWR) // 읽기 / 쓰기 전용으로 파일 open 
   	write(fd, "Test", 5); // 파일에 Test 문자열을 씀 
   	read(fd, buf, 5); // 파일에서 5B를 읽어 변수 buf에 저장
   	close(fd); // 파일 닫기 
   	exit(0);
   }
   

   • fd 변수는, file descriptor ( 파일 기술자 ) 이고, 이 변수를 통해서만 파일 읽기 / 쓰기에 접근 할 수 있음
   • 파일 입출력도 데이터를 가져오고, 저장하는 명령으로 볼 수 있으므로 파일 입출력도 프로세스간 통신에 해당
   • 동기화를 따로 지원하지 않아 직접 구현 해 주어야 함 ( 주로 부모 프로세스에서 wait으로 많이 구현 )

3. 파이프를 이용한 통신

   • 운영체제가 제공하는 동기화 통신 방식
   • 파일 입출력에서와 마찬가지로 open / close를 활용하여 작업을 시작 / 마무리
   • 파이프 하나당 단방향 통신 → 두개를 사용하면 양방향 통신 가능
   • 운영체제 동기화 지원 → busy wating x
   • 데이터가 없는데, 데이터를 읽으려고 한 경우 프로세스는 대기 상태에 들어가고, 데이터가 쓰여지면 대기상태는 자동적으로 풀려 동기화가 이루어짐

4. 소켓을 이용한 통신

   • 여러 컴퓨터에 있는 프로세스간 통신 ( 네트워킹 )
   • 원격 프로시저 호출 / 소켓을 활용함
   • 운영체제 동기화 지원 → busy wating x
   • 소켓 하나만 사용해도 양방향 통신 가능

공유 자원과 임계 구역