프로세스 간 통신 (2) : 메세지 전달

IPC : 메세지 전달 (이론)

특징

동일한 주소 공간을 공유하지 않고도 프로세스들이 통신을 하고,

그들의 동작을 동기화 할 수 있게 허용한다.
통신하는 프로세스들이 네트워크에 의해 연결되어 있는

분산 환경 에서 특히 유용하다.
ex. 웹에서 사용되는 채팅 프로그램

메세지 시스템의 연산

메세지 시스템에는 두 가지 연산이 있다.

send(message)
receive(message)

두 가지 연산이 어떻게 이뤄질 지 알아보기 전, 우선 메세지의 종류를 알아보자.

메세지의 종류

프로세스가 보낸 메세지는 길이가 고정 일수도, 가변 일수도 있다.

고정 길이

시스템 수준의 구현은 단순하다.
프로그래밍 작업은 복잡해진다.

가변 길이

복잡한 시스템 수준의 구현이 있어야 한다.
프로그래밍 작업은 더 간단해진다.

통신 연결

만약 프로세스끼리 통신을 한다면, 이들 사이에 통신 연결이 있어야 한다.

이 연결은 다양하게 (논리적으로) 구현할 수 있으며, 크게 3가지로 구성된다.

하나의 링크
send(message)
receive(message)

구현 방법은 크게 다음과 같이 나뉜다.

직접 연결 ↔ 간접 연결
동기식 ↔ 비동기식
자동 버퍼링 ↔ 명시적 버퍼링

연결 쟁점 (1) : 명명

프로세스가 서로를 가리킬 방법에 관한 이야기이다.

직접 연결

프로세스가 수신자 또는 송신자의 이름을 명시하는 것.

send("프로세스 이름", message)    // ..에게 메세지를 보냄.
receive("프로세스 이름", message) // ..으로부터 메세지를 전달받음.

직접연결의 특징

연결이 자동으로 구축된다. 상대방 신원만 알면 된다.
정확히 두 프로세스 사이에만 연관된다.
정확히 하나의 연결만이 존재한다.

이 기법은 주소 방식에서 대칭성을 보인다. 서로 이름을 알아야 한다는 것!

물론, 비대칭적으로 설계할 수도 있다.

send(p, message)     // p에게 메세지를 보냄.
receive(id, message) // 임의의 프로세스로부터 메세지를 전달받음. 
/* id = 통신을 발생시킨 프로세스의 이름 */

이 기법의 단점은 모듈성을 제한한다는 것이다.

프로세스 이름이 바뀌면 모든 다른 프로세스 지정 부분을 검사해야 하기 때문
하드코딩을 해야 할 필요성이 커진다.

간접 연결

메세지는 메일박스, 포트에 의해 송신, 수신된다.

메일박스 = 프로세스들에 의해 메세지들이 넣어지고, 제거되는 객체

send("메일박스 이름", message)    // 메일박스에게 메세지를 보냄.
receive("메일박스 이름", message) // 메일박스로부터 메세지를 전달받음.

간접 연결의 특징

연결은 프로세스끼리 공유 메일박스를 가질 때 구축
연결은 두 개 이상의 프로세스들과 연관될 수 있다.
각 프로세스 사이에는 다수의 연결이 존재할 수 있고, 각 연결은 하나의 메일박스에 대응
- 그래프 구조 생각하면 될 듯

여러 간접 연결 처리하기

mermaid

graph TD
  Process1 --> MailBox
	MailBox --> Process2
	MailBox --> Process3

다음과 같은 상황에서 Process1의 메세지는 누가 받아야 하는가?

이 문제를 해결하는 기법은 여러가지가 있으며, 선택을 하면 된다.

하나의 링크는 최대 2개의 프로세스와 연관되게 허용한다.
한 순간에 최대 1개 프로세스만 receive()를 하게 허용한다.
어느 프로세스가 메세지를 수신할지 알고리즘을 설계한다.

메일박스의 위치

메일박스는 한 프로세스나 운영체제에 의해 소유될 수 있다.

<한 프로세스가 가진 경우>

메일박스를 가진 프로세스와 사용할 프로세스를 구분해야 한다.
더 이상 메일박스를 소유한 프로세스가 없다면, 해당 사실을

사용할 프로세스에게 알려줘야 한다.

<운영체제가 가진 경우>

자체적으로 존재한다.
운영체제가 새 메일박스를 생성하고, 이용할 수 있게 하고, 삭제한다.
메일박스를 처음 만드는 프로세스가 소유자가 되지만,

소유권과 수신 특권은 다른 프로세스에게 전달될 수 있다.
그래서 복수의 수신자가 생길 수 있다.

연결 쟁점 (2) : 동기화

send()와 receive()를 만드는 방식을 알아보자.

크게, 봉쇄형 (= 동기식)과 비봉쇄형 (= 비동기식)이 존재한다.

봉쇄형 send() : 송신 프로세스는 메시지가 수신 프로세스 또는 메일박스에 의해 수신될 때까지 봉쇄된다.
비봉쇄형 send() : 송신 프로세스는 메세지를 보내고 작업을 재시작한다.
봉쇄형 receive() : 메세지가 이용 가능할 때까지 수신 프로세스가 봉쇄된다.
비봉쇄형 receive() : 송신 프로세스가 유용한 메세지 또는 null을 받는다.

서로 봉쇄형이면, 랑데부가 발생

연결 쟁점 (3) : 버퍼링

직접연결이든 간접연결이든, 통신하는 프로세스들에 의해 교환되는 메세지는

임시 큐에 들어가 있다. 이 임시 큐는 다음과 같이 구현된다.

무용량 : 링크는 자체 안에 대기하는 메세지들을 가질 수 없다.

수신자는 송신자가 메시지를 수신할 때까지 기다려야 한다.
유한 용량 : 큐는 유한한 길이 n을 가진다.

큐가 꽉 차면, 송신자는 큐의 공간이 생길 때까지 봉쇄
무한 용량 : 큐의 길이에 제한이 없다.

송신자가 봉쇄되지 않는다.