Comunicação entre processos (IPC) no sistema operacional

Por: Nathaniel Brooks Nathaniel Brooks
Hours Atualização do

⚡ Resumo Inteligente

A comunicação entre processos (IPC) é um conjunto de mecanismos do sistema operacional que permite que processos e threads troquem dados, coordenem atividades e sincronizem ações, estejam eles sendo executados em um único computador ou em várias máquinas conectadas por uma rede.

  • 🔗 Definição: A comunicação entre processos (IPC) permite que processos concorrentes troquem dados e coordenem o trabalho, de modo que um programa possa lidar com várias solicitações de usuários ao mesmo tempo.
  • 🛠️ Métodos: As abordagens comuns incluem pipes, passagem de mensagens, filas de mensagens, comunicação direta e indireta, memória compartilhada e FIFOs.
  • 🧠 Dois modelos: A memória compartilhada é a abordagem mais rápida, mas precisa de sincronização, enquanto a troca de mensagens é mais segura e funciona em máquinas conectadas em rede.
  • 🔔 Termos chave: SemaphoreOs sinais s permitem o controle e o acesso a recursos, enquanto os sinais notificam um processo de destino identificado por um número.
  • ⚙️ Por que isso é importante: A comunicação entre processos (IPC) oferece suporte à modularidade, aceleração computacional, separação de privilégios e compartilhamento conveniente de dados entre processos.
  • 🤖 Ângulo da IA: Os sistemas de IA distribuídos dependem da troca de mensagens entre serviços, e o Copilot ajuda a gerar código para pipes, sockets e memória compartilhada.
Saiba Mais

Comunicação entre processos (IPC) no sistema operacional

O que é comunicação entre processos?

Comunicação entre processos (IPC) É utilizado para a troca de dados entre múltiplas threads em um ou mais processos ou programas. Os processos podem estar sendo executados em um único computador ou em vários computadores conectados por uma rede. A sigla IPC significa comunicação entre processos.

Trata-se de um conjunto de interfaces de programação que permite ao programador coordenar atividades entre vários processos de programa, os quais podem ser executados simultaneamente em um sistema operacional. Isso permite que um único programa lide com muitas solicitações de usuários ao mesmo tempo.

Como cada requisição do usuário pode resultar na execução de múltiplos processos no sistema operacional, esses processos podem precisar se comunicar entre si. Cada abordagem de IPC (Comunicação Interprocessos) possui suas próprias vantagens e limitações, portanto, não é incomum que um único programa utilize diversos métodos de IPC.

Abordagens para comunicação entre processos

Aqui estão alguns métodos importantes para comunicação entre processos:

Abordagens para comunicação entre processos

Abordagens de comunicação entre processos

Pipes

Um pipe é amplamente utilizado para comunicação entre dois processos relacionados. Este é um método half-duplex, no qual o primeiro processo se comunica com o segundo. No entanto, para alcançar comunicação full-duplex, outro pipe é necessário.

Passagem de mensagens

É um mecanismo que permite a comunicação e sincronização entre processos. Através da troca de mensagens, os processos comunicam-se entre si sem recorrer a variáveis ​​compartilhadas.

O mecanismo IPC oferece duas operações:

  • Enviar (mensagem) — o tamanho da mensagem pode ser fixo ou variável.
  • Receber (mensagem)

Filas de mensagens

Uma fila de mensagens é uma lista vinculada de mensagens armazenadas no núcleo. Ele é identificado por um identificador de fila de mensagens. Este método oferece comunicação entre processos únicos ou múltiplos com capacidade full-duplex.

Comunicação direta

Nesse tipo de comunicação entre processos, os processos devem nomear-se explicitamente. Nesse método, estabelece-se um vínculo entre um par de processos que se comunicam e, entre cada par, existe apenas um vínculo.

Comunicação indireta

A comunicação indireta só é estabelecida quando os processos compartilham uma caixa de correio comum. Cada par de processos pode compartilhar vários links de comunicação, e um único link pode se comunicar com vários processos. O link pode ser bidirecional ou unidirecional.

Memoria compartilhada

Memória compartilhada é uma região da memória compartilhada entre dois ou mais processos. Essa memória deve ser protegida contra acesso concorrente por meio da sincronização dos processos que a utilizam.

FIFO

O FIFO é usado para comunicação entre dois processos não relacionados. É um método full-duplex, o que significa que o primeiro processo pode se comunicar com o segundo processo, e vice-versa.

ARTIGOS RELACIONADOS

Por que IPC?

Eis os motivos para usar o protocolo de comunicação entre processos para compartilhamento de informações:

  • Isso ajuda a acelerar a modularidade.
  • Aumento da velocidade de processamento.
  • Separação de privilégios.
  • Conveniência.
  • Isso ajuda os processos e o sistema operacional a se comunicarem e sincronizarem suas ações.

Termos usados ​​no IPC

A seguir estão alguns termos importantes usados ​​no IPC:

Semaphores: Um semáforo é um mecanismo de sinalização. Esse método do sistema operacional permite ou impede o acesso a um recurso, dependendo de como está configurado.

Signals: Um sinal é um método de comunicação entre múltiplos processos por meio de sinalização. O processo de origem envia um sinal, que é reconhecido por um número, e o processo de destino o processa.

Sugestão de leitura: O que é a Semaphore? Binário, tipos de contagem com exemplo

O que é semelhante ao FIFOS e diferente do FIFOS

A tabela a seguir compara FIFOs semelhantes e diferentes:

Como FIFOS Ao contrário dos FIFOS
Segue o método FIFO (primeiro a entrar, primeiro a sair). Ele utiliza um método para extrair mensagens urgentes específicas antes que elas cheguem à linha de frente.
O FIFO existe independentemente dos processos de envio e recebimento. Sempre pronto, portanto não há necessidade de abrir ou fechar.
Permite a transferência de dados entre processos não relacionados. Não apresenta problemas de sincronização entre abrir e fechar.

Perguntas Frequentes

Um socket é um ponto de extremidade de comunicação identificado por um endereço IP e um número de porta. Os sockets permitem que processos troquem dados na mesma máquina ou através de uma rede, o que os torna um método comum de comunicação entre processos (IPC) em sistemas distribuídos e cliente-servidor.

Quando processos compartilham recursos como memória, a sincronização mantém o acesso a eles ordenado. Ela evita condições de corrida e dados inconsistentes usando ferramentas como semáforos, mutexes e locks, de forma que apenas um processo atualize os dados compartilhados por vez.

Um pipe conecta dois processos relacionados, não possui nome e existe apenas enquanto esses processos estiverem em execução. Um pipe nomeado, ou FIFO (First-In, First-Out), possui um nome no sistema de arquivos, persiste após o término dos processos e permite que processos não relacionados se comuniquem.

O kernel cria e gerencia objetos IPC, como filas de mensagens, segmentos de memória compartilhada e semáforos. Ele impõe permissões de acesso e, para a troca de mensagens, copia dados entre processos para que possam se comunicar com segurança sem acesso direto à memória uns dos outros.

Uma condição de corrida ocorre quando dois ou mais processos acessam dados compartilhados ao mesmo tempo, e o resultado depende do momento em que acessam. A sincronização adequada com semáforos ou bloqueios evita a inconsistência que uma condição de corrida pode causar.

Os sistemas de IA dividem o trabalho entre vários processos, de modo que a troca de mensagens e a memória compartilhada movem dados entre os componentes de carregamento de dados, treinamento e disponibilização de modelos. As estruturas de aprendizado de máquina distribuídas dependem da comunicação entre processos (IPC) para coordenar GPUs e serviços em máquinas conectadas em rede.

Sim. O GitHub Copilot pode gerar exemplos de pipes, sockets, filas de mensagens e memória compartilhada em C. Python, ou Java, juntamente com a lógica de sincronização. Os desenvolvedores ainda devem testar o código para identificar impasses, condições de corrida e a limpeza correta dos recursos de comunicação entre processos (IPC).

IPC (Interprocessos entre Processos) é o conjunto geral de métodos que permitem que processos troquem dados em uma máquina ou rede. Chamada de procedimento remoto (RPC) É um desses métodos que permite que um programa chame um procedimento em outro processo ou em uma máquina remota como se fosse local.

Resuma esta postagem com: