Communication inter-processus (IPC) dans le système d'exploitation

Par : Nathaniel Brooks Nathaniel Brooks
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La communication interprocessus (IPC) est un ensemble de mécanismes du système d'exploitation qui permettent aux processus et aux threads d'échanger des données, de coordonner des activités et de synchroniser des actions, qu'ils s'exécutent sur un seul ordinateur ou sur plusieurs machines connectées par un réseau.

  • 🔗 Définition: L'IPC permet aux processus concurrents d'échanger des données et de coordonner leur travail, de sorte qu'un seul programme puisse traiter simultanément de nombreuses requêtes utilisateur.
  • ️ Méthodologie: Les approches courantes incluent les tubes, le passage de messages, les files d'attente de messages, la communication directe et indirecte, la mémoire partagée et les FIFO.
  • 🧠 Deux modèles : La mémoire partagée est la méthode la plus rapide mais nécessite une synchronisation, tandis que la transmission de messages est plus sûre et fonctionne entre machines en réseau.
  • (I.e. Mots clés: SemaphoreLes signaux s permettent de signaler et de contrôler l'accès aux ressources, tandis que les signaux notifient un processus de destination identifié par un numéro.
  • ⚙️ Pourquoi c'est important: L'IPC prend en charge la modularité, l'accélération des calculs, la séparation des privilèges et le partage aisé des données entre les processus.
  • 🤖 Point de vue de l'IA : Les systèmes d'IA distribués reposent sur l'échange de messages entre les services, et Copilot aide à générer du code pour les pipes, les sockets et la mémoire partagée.
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Communication inter-processus (IPC) dans le système d'exploitation

Qu’est-ce que la communication inter-processus ?

Communication inter-processus (IPC) L'IPC (Interprocess Communication) est utilisée pour l'échange de données entre plusieurs threads au sein d'un ou plusieurs processus ou programmes. Ces processus peuvent s'exécuter sur un seul ordinateur ou sur plusieurs ordinateurs connectés en réseau.

Il s'agit d'un ensemble d'interfaces de programmation permettant à un programmeur de coordonner les activités de différents processus pouvant s'exécuter simultanément au sein d'un système d'exploitation. Ceci permet à un seul programme de traiter simultanément de nombreuses requêtes utilisateur.

Étant donné que chaque requête utilisateur peut entraîner l'exécution de plusieurs processus au sein du système d'exploitation, ces processus peuvent avoir besoin de communiquer entre eux. Chaque approche de communication interprocessus (IPC) présente ses propres avantages et limitations ; il n'est donc pas rare qu'un même programme utilise plusieurs méthodes IPC.

Approches pour la communication inter-processus

Voici quelques méthodes importantes pour la communication inter-processus :

Approches pour la communication inter-processus

Approches de communication inter-processus

Pipes

Un tube est couramment utilisé pour la communication entre deux processus liés. Il s'agit d'une méthode semi-duplex, où le premier processus communique avec le second. Cependant, pour obtenir une communication bidirectionnelle (full-duplex), un second tube est nécessaire.

Passage de message

Il s'agit d'un mécanisme permettant à un processus de communiquer et de se synchroniser. Grâce à l'échange de messages, les processus communiquent entre eux sans recourir à des variables partagées.

Le mécanisme IPC propose deux opérations :

  • Envoyer (message) — la taille du message peut être fixe ou variable
  • Recevoir (message)

Files d'attente de messages

Une file d'attente de messages est une liste chaînée de messages stockés dans le kernel. Il est identifié par un identifiant de file de messages. Cette méthode offre une communication entre un ou plusieurs processus avec une capacité full-duplex.

Communication directe

Dans ce type de communication interprocessus, les processus doivent s'identifier explicitement. Cette méthode établit un lien entre deux processus communicants, et entre chaque paire, il n'existe qu'un seul lien.

Communication indirecte

La communication indirecte s'établit uniquement lorsque des processus partagent une boîte aux lettres commune. Chaque paire de processus peut partager plusieurs liens de communication, et un seul lien peut communiquer avec de nombreux processus. Le lien peut être bidirectionnel ou unidirectionnel.

La memoire partagée

La mémoire partagée est une zone de mémoire utilisée par deux processus ou plus. Cette mémoire doit être protégée contre les accès concurrents par la synchronisation des processus qui l'utilisent.

FIFO

La méthode FIFO est utilisée pour la communication entre deux processus indépendants. Il s'agit d'une méthode bidirectionnelle (full-duplex), ce qui signifie que le premier processus peut communiquer avec le second, et inversement.

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Pourquoi IPC ?

Voici les raisons d'utiliser le protocole de communication interprocessus pour le partage d'informations :

  • Cela contribue à accélérer la modularité.
  • Accélération des calculs.
  • Séparation des privilèges.
  • Commodité.
  • Il permet aux processus et au système d'exploitation de communiquer et de synchroniser leurs actions.

Termes utilisés dans la CIB

Voici quelques termes importants utilisés dans l'IPC :

Semaphores: Un sémaphore est un mécanisme de signalisation. Cette méthode du système d'exploitation autorise ou interdit l'accès à une ressource, selon sa configuration.

Signals: Un signal est une méthode de communication entre plusieurs processus. Le processus source envoie un signal, identifié par un numéro, et le processus de destination le traite.

Suggestion de lecture : Qu'est-ce que le Semaphore? Types binaires et de comptage avec exemple

Qu'est-ce qui ressemble à FIFOS et contrairement à FIFOS

Le tableau suivant compare les FIFO de même type et les FIFO de types différents :

Comme FIFOS Contrairement au FIFOS
Elle suit la méthode FIFO. Elle utilise une méthode permettant de filtrer les messages urgents spécifiques avant qu'ils n'atteignent le haut de la liste.
Le principe FIFO existe indépendamment des processus d'envoi et de réception. Toujours prêt à l'emploi, il n'est donc pas nécessaire de l'ouvrir ou de le fermer.
Permet le transfert de données entre des processus non liés. Aucun problème de synchronisation n'est constaté entre l'ouverture et la fermeture.

FAQ

Un socket est un point de terminaison de communication identifié par une adresse IP et un numéro de port. Les sockets permettent aux processus d'échanger des données sur la même machine ou sur un réseau, ce qui en fait une méthode de communication interprocessus courante dans les systèmes distribués et client-serveur.

Lorsque des processus partagent des ressources telles que la mémoire, la synchronisation garantit l'ordre de leurs accès. Elle prévient les conflits d'accès et les incohérences de données grâce à des outils comme les sémaphores, les mutex et les verrous, de sorte qu'un seul processus modifie les données partagées à la fois.

Un tube nommé relie deux processus liés, est anonyme et n'existe que pendant l'exécution de ces processus. Un tube nommé, ou FIFO, possède un nom dans le système de fichiers, persiste après la fin des processus et permet la communication entre des processus non liés.

Le noyau crée et gère les objets de communication interprocessus (IPC) tels que les files de messages, les segments de mémoire partagée et les sémaphores. Il applique les permissions d'accès et, pour l'échange de messages, copie les données entre les processus afin qu'ils puissent communiquer en toute sécurité sans accès direct à la mémoire de l'autre.

Une condition de concurrence survient lorsque deux processus ou plus accèdent simultanément à des données partagées, et que le résultat dépend de leur synchronisation. Une synchronisation adéquate à l'aide de sémaphores ou de verrous permet d'éviter les résultats incohérents qu'une condition de concurrence peut engendrer.

Les systèmes d'IA répartissent le travail entre de nombreux processus ; l'échange de messages et la mémoire partagée permettent ainsi de transférer les données entre les composants de chargement, d'entraînement et de déploiement du modèle. Les frameworks d'apprentissage automatique distribués s'appuient sur la communication interprocessus (IPC) pour coordonner les GPU et les services sur les machines en réseau.

Oui. GitHub Copilot peut générer des exemples de tubes, de sockets, de files d'attente de messages et de mémoire partagée en C. Python, Javaainsi que la logique de synchronisation. Les développeurs doivent néanmoins tester le code afin de détecter les blocages, les conditions de concurrence et de s'assurer du bon nettoyage des ressources IPC.

L'IPC désigne l'ensemble général des méthodes permettant aux processus d'échanger des données sur une machine ou un réseau. Appel de procédure à distance (RPC) est une de ces méthodes qui permet à un programme d'appeler une procédure dans un autre processus ou sur une machine distante comme si elle était locale.

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