[OS] 프로세스 Process (2) - 프로세스 간 자원 공유 (IPC)

IPC (Inter-Process Communication)

 

이전 포스트에서 프로세스들은 서로 다른 메모리 공간을 차지한다고 했다.

이에 비교해서 스레드는 한 프로세스 내에서 스택 외 다른 데이터들은 공유한다고 했다. 그렇기에 자원공유가 쉽다.

 

하지만 프로세스들은 별도의 주소 공간에서 실행되기 때문에 서로의 자원(변수, 자료구조 등)에 직접적으로 접근할 수가 없다.

 

그렇다면 프로세스들은 서로 영원히 자원을 공유할 수 없는 것일까? 분명 아닐 것이다. 오늘은 프로세스 간 자원 공유가 어떻게 일어나는지 알아보도록 하겠다.

 

프로세스를 자원 공유 측면에서 구분하면 다음과 같이 두가지로 나눌 수 있다.

• Independant : 다른 프로세스와 메모리 공유를 아예 하지 않는 프로세스
• Cooperating : 다른 프로세스와 서로 영향을 주고 받을 수 있는 프로세스. (자원 공유 포함)

우리가 궁금한 것은 Cooperating한 프로세스들이 어떻게 자원을 공유하느냐이다. 이를 IPC(Inter Process Communication)이라고 한다.

 

 

Message Passing(메시지 교환) vs Shared Memory (데이터 공유)

 

IPC에서는 자원을 공유하는 방법으로 Message Passing(메시지 교환)과 Shared Memory(데이터 공유)가 있다.

이 두가지 방법에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.

(a) Message Passing은 위 그림 처럼 프로세스 A에서 커널쪽으로 메시지를 보내고, 커널에서 다시 메시지를 프로세스 B 쪽으로 보내는 방식이다.

(b) Shared Memory는 프로세스 A와 B가 자원 공유를 위해 메모리 일부를 공유해서 거기 있는 메모리를 공유하는 방식이다. 한편 동기화 문제가 일어날 수 있으니 조심해야한다.

 

Message Passing

이 기법은 자원 공유를 위해 운영체제가 직접 도와준다. 커널이 개입하는 것이다.

통신하기를 원하는 두 프로세스는 커뮤니케이션 링크 (comunication link)를 생성한 후 send()와 receive() 시스템 콜을 이용하여 메세지를 주고받게 된다

 

Direct Communication

- 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시!

 

1. A가 커널에 M(메시지)를 보냄

2. 커널이 B에게 M을 보냄

(커널이 직접적으로 메시지를 전달함)

 

참고로 여기서 커뮤니케이션 링크는 자동적으로 생성되며 하나의 링크는 정확히 한 쌍의 프로세스에만 할당된다

 

Indirect Communication

- mailbox(or port)를 통해 메시지를 간접적으로 전달

 

1. A가 커널의 어느 공간(Mailbox)에 메시지를 넣음

2. B가 커널의 Mailbox에서 메시지를 꺼내감

(커널이 간접적으로 메시지를 전달함)

 

두 방식 모두 커널이 개입하지만, 커널이 직접 메시지를 건내주느냐 마느냐에 따른 차이가 있다.

 

이 메일박스라는 것은 커널에 존재하며 고유의 id가 있어서 메일박스를 공유하는 프로세스끼리만 서로 통신을 할 수 있다. 

만약 indirect communication에서 p1, p2, p3이 메일박스를 공유하는 경우 p1이 메시지를 보냈다면 p2와 p3 중 누가 그 메시지를 받게 되는가? p2와 p3에개 각각 따로 링크를 생성하는 방법과, 링크에 대한 receive연산을 매 시점 하나의 프로세스만 수행할 수 있도록 하는 방법이 있다. 그렇지 않으면 시스템의 메시지 수신자를 임의로 결정하여 누가 메시지를 받았는지 송신자에게 통신해주는 방법이 사용될 수도 있다. (링크 참조)

 

 

한편 위 그림들을 보면 좀 복잡해보인다. 중간에 커널을 거치기 때문이다. 따라서 Message Passing 기법은 Overhead가 크다.

 

Shared Memory

이는 프로세스 A와 B가 모두 읽고 쓸 수 있는 메모리를 만들어 이 메모리 안에서 서로 자원을 공유하도록 하는 것이다.

이 방법을 통해서는 따로 중간 과정을 거치지 않으니 Message-Passing보다 overhead가 적다. (물론 이렇게 shared memory를 이용해도, 처음에는 커널한테 우리 shared memory 이용할게~ 이렇게 알려줘야 된다고 한다!)

하지만 동기화 문제가 일어날 수 있다. 

 

예를 들어 프로세스 A가 정보를 수정하는 동시에 프로세스가 해당 정보를 읽는다면? 이와 같은 문제를 동기화 문제라고 한다. 이에 대해서는 다른 포스트에서 다루겠다.

 

References

https://jhnyang.tistory.com/entry/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C-IPC%EB%A9%94%EC%84%B8%EC%A7%80-%EA%B5%90%ED%99%98Message-passing-vs-%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0-%EA%B3%B5%EC%9C%A0Shared-memory 

Process Management: 프로세스 관리 (3/3) (tistory.com)