Interprocescommunicatie (IPC) in besturingssysteem

Door: Nathaniel Brooks Nathaniel Brooks
Hours Bijgewerkt

⚡ Slimme samenvatting

Interprocescommunicatie (IPC) is een verzameling mechanismen van het besturingssysteem waarmee processen en threads gegevens kunnen uitwisselen, activiteiten kunnen coördineren en acties kunnen synchroniseren, ongeacht of ze op één computer draaien of op meerdere machines die via een netwerk met elkaar verbonden zijn.

  • 🔗 Definitie: IPC maakt het mogelijk dat gelijktijdige processen gegevens uitwisselen en taken coördineren, waardoor één programma meerdere gebruikersverzoeken tegelijk kan afhandelen.
  • ️ Methoden: Gangbare methoden zijn onder andere pijplijnen, berichtuitwisseling, berichtwachtrijen, directe en indirecte communicatie, gedeeld geheugen en FIFO's.
  • ???? Twee modellen: Gedeeld geheugen is de snelste methode, maar vereist synchronisatie, terwijl berichtuitwisseling veiliger is en werkt tussen machines in een netwerk.
  • 🔔 Belangrijkste termen: SemaphoreSignalen regelen de toegang tot resources en sturen deze aan, terwijl signalen een bestemmingsproces, geïdentificeerd door een nummer, informeren.
  • ⚙️ Waarom het uitmaakt: IPC ondersteunt modulariteit, snellere berekeningen, scheiding van bevoegdheden en gemakkelijke gegevensuitwisseling tussen processen.
  • 🤖 AI-hoek: Gedistribueerde AI-systemen zijn afhankelijk van het uitwisselen van berichten tussen services, en Copilot helpt bij het genereren van pipe-, socket- en shared-memory-code.
Meer informatie

Interprocescommunicatie (IPC) in besturingssysteem

Wat is interprocescommunicatie?

Communicatie tussen processen (IPC) IPC wordt gebruikt voor het uitwisselen van gegevens tussen meerdere threads in één of meer processen of programma's. De processen kunnen op één computer draaien of op meerdere computers die via een netwerk met elkaar verbonden zijn. De volledige naam van IPC is interprocescommunicatie.

Het is een verzameling programmeerinterfaces waarmee een programmeur activiteiten kan coördineren tussen verschillende programmaprocessen die gelijktijdig in een besturingssysteem kunnen draaien. Hierdoor kan één programma veel gebruikersverzoeken tegelijk afhandelen.

Omdat elk gebruikersverzoek kan resulteren in meerdere processen die in het besturingssysteem draaien, moeten deze processen mogelijk met elkaar communiceren. Elke IPC-aanpak heeft zijn eigen voordelen en beperkingen, dus het is niet ongebruikelijk dat een enkel programma meerdere IPC-methoden gebruikt.

Benaderingen voor communicatie tussen processen

Hieronder volgen enkele belangrijke methoden voor communicatie tussen processen:

Benaderingen voor communicatie tussen processen

Communicatiebenaderingen tussen processen

Pijpen

Een pijp wordt veel gebruikt voor communicatie tussen twee gerelateerde processen. Dit is een half-duplexmethode, waarbij het eerste proces communiceert met het tweede proces. Om full-duplexcommunicatie te realiseren, is echter een tweede pijp nodig.

Bericht overslaan

Het is een mechanisme waarmee processen kunnen communiceren en synchroniseren. Door middel van berichtuitwisseling communiceren processen met elkaar zonder gebruik te maken van gedeelde variabelen.

Het IPC-mechanisme biedt twee functies:

  • Verzenden (bericht) — de berichtgrootte kan vast of variabel zijn.
  • Bericht ontvangen

Berichtenwachtrijen

Een berichtenwachtrij is een gekoppelde lijst met berichten die zijn opgeslagen in de pit. Het wordt geïdentificeerd door een berichtenwachtrij-identifier. Deze methode biedt communicatie tussen enkele of meerdere processen met full-duplexcapaciteit.

direct Communication

Bij dit type interprocescommunicatie moeten processen elkaar expliciet benoemen. Bij deze methode wordt een verbinding tot stand gebracht tussen twee communicerende processen, en tussen elk paar bestaat er slechts één verbinding.

Indirecte communicatie

Indirecte communicatie vindt alleen plaats wanneer processen een gemeenschappelijke mailbox delen. Elk paar processen kan meerdere communicatieverbindingen delen, en één enkele verbinding kan met veel processen communiceren. De verbinding kan bidirectioneel of unidirectioneel zijn.

Gedeelde herinnering

Gedeeld geheugen is een geheugengebied dat wordt gedeeld door twee of meer processen. Dit geheugen moet worden beschermd tegen gelijktijdige toegang door de processen die het gebruiken te synchroniseren.

FIFO

FIFO wordt gebruikt voor communicatie tussen twee onafhankelijke processen. Het is een full-duplexmethode, wat betekent dat het eerste proces met het tweede proces kan communiceren, en omgekeerd.

GERELATEERDE ARTIKELEN

Waarom IPC?

Hieronder volgen de redenen om het interprocescommunicatieprotocol te gebruiken voor het delen van informatie:

  • Het helpt om de modulariteit te versnellen.
  • Versnelling van de berekeningen.
  • Scheiding van privileges.
  • Gemak.
  • Het helpt processen en het besturingssysteem met elkaar te communiceren en hun acties te synchroniseren.

Termen gebruikt in IPC

Hieronder volgen enkele belangrijke termen die in het IPC worden gebruikt:

Semaphores: Een semaphore is een signaleringsmechanisme. Deze methode van het besturingssysteem staat toegang tot een bron toe of verbiedt deze, afhankelijk van hoe deze is ingesteld.

Signals: Een signaal is een methode om via signalering te communiceren tussen meerdere processen. Het bronproces stuurt een signaal, dat wordt herkend aan een getal, en het bestemmingsproces verwerkt dit.

Leessuggestie: Wat is Semaphore? Binair, teltypen met voorbeeld

Wat is zoals FIFOS en anders dan FIFOS

De volgende tabel vergelijkt FIFO-systemen die op elkaar lijken met FIFO-systemen die van elkaar afwijken:

Zoals FIFOS In tegenstelling tot FIFOS
Het volgt de FIFO-methode. Het maakt gebruik van een methode om specifieke, urgente berichten eruit te filteren voordat ze de voorste rij bereiken.
FIFO bestaat onafhankelijk van zowel het verzendende als het ontvangende proces. Altijd klaar voor gebruik, dus u hoeft het niet te openen of te sluiten.
Maakt gegevensoverdracht tussen niet-gerelateerde processen mogelijk. Er zijn geen synchronisatieproblemen tussen het openen en sluiten.

Veelgestelde vragen

Een socket is een communicatie-eindpunt dat wordt geïdentificeerd door een IP-adres en een poortnummer. Sockets stellen processen in staat om gegevens uit te wisselen op dezelfde machine of via een netwerk, waardoor ze een veelgebruikte methode voor interprocescommunicatie (IPC) zijn in gedistribueerde en client-server-systemen.

Wanneer processen resources zoals geheugen delen, zorgt synchronisatie ervoor dat hun toegang in de juiste volgorde blijft. Het voorkomt raceomstandigheden en inconsistente gegevens door gebruik te maken van hulpmiddelen zoals semaforen, mutexen en vergrendelingen, zodat slechts één proces tegelijk gedeelde gegevens bijwerkt.

Een pijp verbindt twee gerelateerde processen, heeft geen naam en bestaat alleen zolang die processen draaien. Een benoemde pijp, of FIFO, heeft een naam in het bestandssysteem, blijft bestaan ​​nadat de processen zijn beëindigd en maakt communicatie mogelijk tussen niet-gerelateerde processen.

De kernel creëert en beheert IPC-objecten zoals berichtenwachtrijen, gedeelde geheugensegmenten en semaforen. Het handhaaft toegangsrechten en kopieert, voor het uitwisselen van berichten, gegevens tussen processen zodat deze veilig met elkaar kunnen communiceren zonder directe toegang tot elkaars geheugen.

Een raceconditie treedt op wanneer twee of meer processen tegelijkertijd toegang proberen te krijgen tot gedeelde gegevens en het resultaat afhangt van de timing. Een goede synchronisatie met semaforen of vergrendelingen voorkomt de inconsistente uitvoer die een raceconditie kan veroorzaken.

AI-systemen verdelen het werk over vele processen, waardoor berichtuitwisseling en gedeeld geheugen data verplaatsen tussen componenten voor data-invoer, training en modelimplementatie. Gedistribueerde machine learning-frameworks vertrouwen op IPC (Inter-Process Communication) om GPU's en services te coördineren over machines in een netwerk.

Ja. GitHub Copilot kan voorbeelden genereren van pijpen, sockets, berichtenwachtrijen en gedeeld geheugen in C. Pythonof Java, samen met de synchronisatielogica. Ontwikkelaars moeten de code nog steeds testen op deadlocks, raceomstandigheden en het correct opruimen van IPC-bronnen.

IPC is de algemene verzameling methoden waarmee processen gegevens kunnen uitwisselen op één machine of via een netwerk. Remote Procedure Call (RPC) Dit is een van de methoden waarmee een programma een procedure in een ander proces of op een externe machine kan aanroepen alsof deze lokaal plaatsvindt.

Vat dit bericht samen met: