프로세스 간 통신과 분산 시스템

// 성능 특성의 개념적 비교 // 공유 메모리: 높은 설정 비용, 이후 매우 낮은 접근 비용 setup_shared_memory(); // 상당한 초기 비용 for (int i = 0; i < 1000000; i++) { shared_data[i] = process_data(i); // 거의 무시할 수 있는 비용 } // 메시지 패싱: 낮은 설정 비용, 일정한 통신 비용 for (int i = 0; i < 1000000; i++) { send_message(process_data(i)); // 각 통신마다 일정한 오버헤드 }

#define BUFFER_SIZE 10 typedef struct { // 실제 데이터 구조 } item; item buffer[BUFFER_SIZE]; int in = 0; // 다음 빈 슬롯 지시 int out = 0; // 첫 번째 찬 슬롯 지시

// 생산자 프로세스 item next_produced; while (true) { /* 항목 생산 */ while (((in + 1) % BUFFER_SIZE) == out) ; /* 버퍼가 가득 찬 경우 대기 */ buffer[in] = next_produced; in = (in + 1) % BUFFER_SIZE; } // 소비자 프로세스 item next_consumed; while (true) { while (in == out) ; /* 버퍼가 빈 경우 대기 */ next_consumed = buffer[out]; out = (out + 1) % BUFFER_SIZE; /* 항목 소비 */ }

#include <sys/mman.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> // 1단계: 공유 메모리 객체 생성 fd = shm_open("OS", O_CREAT | O_RDWR, 0666); // 2단계: 객체 크기 설정 ftruncate(fd, 4096); // 3단계: 메모리 매핑 ptr = (char *)mmap(0, 4096, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);

const char *message_0 = "Hello"; const char *message_1 = "World!"; sprintf(ptr, "%s", message_0); ptr += strlen(message_0); sprintf(ptr, "%s", message_1);

printf("%s", (char *)ptr); shm_unlink("OS"); // 공유 메모리 객체 제거

send(P, message); // 프로세스 P에게 메시지 전송 receive(Q, message); // 프로세스 Q로부터 메시지 수신

send(P, message); // 프로세스 P에게 메시지 전송 receive(id, message); // 임의의 프로세스로부터 수신, id에 송신자 정보 저장

send(A, message); // 메일박스 A로 메시지 전송 receive(A, message); // 메일박스 A에서 메시지 수신

#include <mqueue.h> // 메시지 큐 생성 (메일박스 역할) mqd_t mq = mq_open("/my_mailbox", O_CREAT | O_WRONLY, 0644, NULL); // 메시지 전송 mq_send(mq, "Hello", 5, 0); // 메시지 수신 char buffer[100]; mq_receive(mq, buffer, 100, NULL);

#include <sys/msg.h> // 메시지 큐 생성 int msgid = msgget(KEY, IPC_CREAT | 0666); struct msg_buffer { long msg_type; char msg_text[100]; }; // 메시지 전송과 수신 msgsnd(msgid, &message, sizeof(message.msg_text), 0); msgrcv(msgid, &message, sizeof(message.msg_text), 1, 0);

#include <unistd.h> int fd[2]; pipe(fd); // fd[0]: 읽기용, fd[1]: 쓰기용 pid_t pid = fork(); if (pid == 0) { // 자식 프로세스 close(fd[1]); // 쓰기 끝 닫기 char buffer[100]; read(fd[0], buffer, 100); close(fd[0]); } else { // 부모 프로세스 close(fd[0]); // 읽기 끝 닫기 write(fd[1], "Hello", 5); close(fd[1]); }

┌─────────────────────────────────────┐ │ 응용 프로그램 (Application) │ ├─────────────────────────────────────┤ │ RPC API (개발자 사용) │ ← 응용 프로그래머 레벨 ├─────────────────────────────────────┤ │ RPC Runtime Library │ ├─────────────────────────────────────┤ │ ALPC (Advanced LPC) │ ← 운영체제 내부 구현 ├─────────────────────────────────────┤ │ 커널 (Kernel) │ └─────────────────────────────────────┘

// 개념적 구현 struct control_message { void* section_pointer; // 섹션 객체 포인터 size_t data_size; // 실제 데이터 크기 int message_type; // 메시지 타입 }; // 실제 대용량 데이터는 공유 메모리에 직접 기록 memcpy(shared_memory, large_data, large_data_size); // 포인터 정보만 포트를 통해 전송 send_message(port, &control_message);

// 서버 측 구현 import java.net.*; import java.io.*; public class DateServer { public static void main(String[] args) { try { ServerSocket sock = new ServerSocket(6013); while (true) { Socket client = sock.accept(); PrintWriter pout = new PrintWriter( client.getOutputStream(), true); pout.println(new java.util.Date().toString()); client.close(); } } catch (IOException ioe) { System.err.println(ioe); } } }

// 클라이언트 측 구현 Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 6013); BufferedReader reader = new BufferedReader( new InputStreamReader(socket.getInputStream())); String dateString = reader.readLine(); System.out.println("Date: " + dateString); socket.close();

// 클라이언트 스텁 (컴파일러가 자동 생성) int add(int a, int b) { // 매개변수 마샬링 char buffer[1024]; pack_int(buffer, a); pack_int(buffer + 4, b); // 네트워크 전송 send_message(server_address, "add", buffer, 8); // 응답 수신 및 언마샬링 char response[1024]; receive_message(response); return unpack_int(response); } // 서버 스텁 (컴파일러가 자동 생성) void server_stub_dispatcher(char* message) { char* function_name = extract_function_name(message); if (strcmp(function_name, "add") == 0) { int a = unpack_int(message); int b = unpack_int(message + 4); int result = real_add_function(a, b); char response[1024]; pack_int(response, result); send_response(response, 4); } }