Междупроцесна комуникация (IPC) в ОС

по: Натаниел Брукс Натаниел Брукс
Hours Обновено

⚡ Умно обобщение

Междупроцесната комуникация (IPC) е набор от механизми на операционната система, които позволяват на процеси и нишки да обменят данни, да координират дейности и да синхронизират действия, независимо дали се изпълняват на един компютър или на няколко машини, свързани чрез мрежа.

  • 🔗 Определение: IPC позволява на едновременни процеси да обменят данни и да координират работата, така че една програма може да обработва много потребителски заявки едновременно.
  • 🛠️ Методи: Често срещаните подходи включват канали, предаване на съобщения, опашки от съобщения, директна и индиректна комуникация, споделена памет и FIFO.
  • 🧠 Два модела: Споделената памет е най-бързият подход, но изисква синхронизация, докато предаването на съобщения е по-безопасно и работи между мрежови машини.
  • 🔔 Ключови термини: Semaphoreсигнализират и контролират достъпа до ресурси, докато сигналите уведомяват целеви процес, идентифициран с число.
  • ️ Защо това е важно: IPC поддържа модулност, ускорение на изчисленията, разделяне на привилегиите и удобно споделяне на данни между процесите.
  • 🤖 Ъгъл на изкуствен интелект: Разпределените системи с изкуствен интелект разчитат на предаване на съобщения между услуги, а Copilot помага за генерирането на код за канали, сокети и споделена памет.
Прочетете повече

Междупроцесна комуникация (IPC) в ОС

Какво е междупроцесна комуникация?

Междупроцесна комуникация (IPC) се използва за обмен на данни между множество нишки в един или повече процеси или програми. Процесите могат да се изпълняват на един компютър или на множество компютри, свързани чрез мрежа. Пълната форма на IPC е междупроцесна комуникация.

Това е набор от програмни интерфейси, които позволяват на програмиста да координира дейности между различни програмни процеси, които могат да се изпълняват едновременно в операционна система. Това позволява на една програма да обработва много потребителски заявки едновременно.

Тъй като всяка потребителска заявка може да доведе до изпълнение на множество процеси в операционната система, тези процеси може да се нуждаят от комуникация помежду си. Всеки IPC подход има своите предимства и ограничения, така че не е необичайно една програма да използва няколко IPC метода.

Подходи за комуникация между процеси

Ето няколко важни метода за комуникация между процесите:

Подходи за комуникация между процеси

Подходи за междупроцесна комуникация

Тръби

Каналът (тръба) се използва широко за комуникация между два свързани процеса. Това е полудуплексен метод, така че първият процес комуникира с втория процес. За да се постигне пълнодуплексна комуникация обаче, е необходим друг канал.

Преминаване на съобщения

Това е механизъм за комуникация и синхронизация на даден процес. Използвайки предаване на съобщения, процесите комуникират помежду си, без да прибягват до споделени променливи.

Механизмът IPC осигурява две операции:

  • Изпрати (съобщение) — размерът на съобщението може да бъде фиксиран или променлив
  • Получаване (съобщение)

Опашки за съобщения

Опашката от съобщения е свързан списък от съобщения, съхранени в ядро. Идентифицира се чрез идентификатор на опашка от съобщения. Този метод предлага комуникация между единични или множество процеси с пълен дуплексен капацитет.

директна комуникация

При този тип междупроцесна комуникация, процесите трябва да се наименуват изрично. При този метод се установява връзка между една двойка комуникиращи процеси и между всяка двойка съществува само една връзка.

Непряка комуникация

Непряка комуникация се установява само когато процесите споделят обща пощенска кутия. Всяка двойка процеси може да споделя няколко комуникационни връзки, а една връзка може да комуникира с много процеси. Връзката може да бъде двупосочна или еднопосочна.

Споделена памет

Споделената памет е област от паметта, споделяна между два или повече процеса. Тази памет трябва да бъде защитена от едновременен достъп чрез синхронизиране на процесите, които я използват.

FIFO

FIFO се използва за комуникация между два несвързани процеса. Това е метод с пълен дуплекс, което означава, че първият процес може да комуникира с втория процес, както и обратното.

СВЪРЗАНИ СТАТИИ

Защо IPC?

Ето причините за използване на протокола за междупроцесна комуникация за споделяне на информация:

  • Това помага за ускоряване на модулността.
  • Ускорение на изчисленията.
  • Разделяне на привилегиите.
  • Удобство.
  • Това помага на процесите и операционната система да комуникират и синхронизират действията си.

Термини, използвани в IPC

Следват няколко важни термина, използвани в IPC:

Semaphores: Семафорът е сигнален механизъм. Този метод на операционната система или разрешава, или забранява достъп до ресурс, в зависимост от това как е настроен.

Signals: Сигналът е метод за комуникация между множество процеси чрез сигнализиране. Изходният процес изпраща сигнал, който се разпознава по число, а целевият процес го обработва.

Предложение за четене: Какво е Semaphore? Двоични, броене на типове с пример

Какво е като FIFOS и за разлика от FIFOS

Следната таблица сравнява подобни FIFO и различни FIFO:

Като FIFOS За разлика от FIFOS
Следва се методът FIFO. Той използва метод за извличане на специфични спешни съобщения, преди да достигнат до отбора.
FIFO съществува независимо както от процесите на изпращане, така и от процесите на получаване. Винаги готов, така че няма нужда да го отваряте или затваряте.
Позволява трансфер на данни между несвързани процеси. Няма проблеми със синхронизацията между отваряне и затваряне.

Въпроси и Отговори

Сокетът е крайна точка за комуникация, идентифицирана от IP адрес и номер на порт. Сокетите позволяват на процесите да обменят данни на една и съща машина или през мрежа, което ги прави често срещан IPC метод в разпределени и клиент-сървър системи.

Когато процесите споделят ресурси, като например памет, синхронизацията поддържа подреден достъп до тях. Тя предотвратява условия на състезание и непоследователни данни, като използва инструменти като семафори, мютекси и заключвания, така че само един процес да актуализира споделените данни едновременно.

Канала свързва два свързани процеса, е ненаименувана и съществува само докато тези процеси се изпълняват. Наименувана канала, или FIFO, има име във файловата система, запазва се след края на процесите и позволява на несвързани процеси да комуникират.

Ядрото създава и управлява IPC обекти, като например опашки от съобщения, сегменти със споделена памет и семафори. То налага разрешения за достъп и, за предаване на съобщения, копира данни между процесите, така че те да могат да комуникират безопасно без директен достъп до паметта на другите.

Състезание възниква, когато два или повече процеса имат достъп до споделени данни едновременно и резултатът зависи от тяхното време. Правилната синхронизация със семафори или заключвания предотвратява непоследователния изход, който може да причини състезание.

Системите с изкуствен интелект разделят работата между много процеси, така че предаването на съобщения и споделената памет преместват данни между компонентите за зареждане на данни, обучение и обслужване на модели. Разпределените рамки за машинно обучение разчитат на IPC, за да координират графичните процесори и услугите в мрежовите машини.

Да. GitHub Copilot може да генерира примери за pipe, socket, message-queue и споделена памет на C. Python или Java, заедно с логиката за синхронизация. Разработчиците все още трябва да тестват кода за безизходици, условия на състезание и правилно почистване на IPC ресурсите.

IPC е общият набор от методи, които позволяват на процесите да обменят данни на една машина или мрежа. Remote Procedure Call (RPC) е един такъв метод, който позволява на програма да извика процедура в друг процес или на отдалечена машина, сякаш е локална.

Обобщете тази публикация с: