[CS 면접 질문/ OS] 멀티 프로세스와 멀티, IPC, Pipe, Siganl 개념

아래 내용은 이 책을 공부하고 정리한 내용입니다.

웹 브라우저

웹 브라우저는 일반적으로 하나의 탭마다 하나의 프로세스로 동작한다.
유저들이 자주 쓰는 크롬 부라우저에서 열고 있는 하나의 탭들이 하나하나의 프로세스이며 동시에 여러 프로세스가 수행되고 있다면 멀티 프로세스라고 부른다.

멀티 프로세서

기본적으로 자원을 공유하지 않고, 독립적으로 수행된다. 같은 작업을 수행하고 있지만 PID값이 다르고, 프로세스 별로 파일과 입출력 장치 등의 자원이 독립적으로 할당되어 다른 프로세스에 영향을 끼치지 않는다.

멀티 스레드

하나의 프로세스 안에서 동시에 같은 코드를 여러 번 실행시킬 수 있는 방법이다. 하나의 스레드는 스레드를 식별할 수 있는 ID값, 프로그램 카운터, 레지스터 값, 스택 등으로 구성되어 있다.
스레드마다 각각의 프로그램 카운터 값과 스택을 갖고 있기 때문에 실행할 주소를 가질 수 있고, 연산 과정의 임시 저장 값을 가질 수 있다.

 

멀티 스레드 vs 멀티 프로세스

이 둘의 가장 큰 차이점은 자원 공유 여부이다.
프로세스들은 자원을 공유하지 않기 때문에 독립적으로 실행되지만, 하나의 프로세스에서 동작하는 멀티 스레드들은 프로세스의 자원을 공유한다.
스레드들은 동일한 주소 공간의 코드, 데이터, 힙 영역을 공유하며, 프로세스의 자원을 공유하기 때문에 쉽게 데이터를 통신하고 협력할 수 있다.
멀티 프로세스 환경에서는 한 프로세스에 문제가 생겨도 다른 프로세스에는 문제가 발생하지 않지만, 멀티 스레드에서는 하나의 문제가 전체 문제가 될 수도 있다.

 

프로세스 간의 통신

프로세스 간에는 자원을 공유를 기본적으로 하지 않지만, 자원을 공유하고 데이터를 주고받을 수 있는 방법도 존재한다.
프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication 이라는 방법이다. 프로세스 간 통신 방식에는 공유 메모리와 메시지 전달이 있다.

공유 메모리

• 말 그대로 프로세스가 공통적으로 사용할 메모리 영역을 두어 데이터를 주고받는 공간이다.
• 이 메모리 영역을 두고 각 프로세스가 자신의 메모리 영역인 것처럼 읽고 쓰는 것처럼 통신한다.
• 이 때는 커널의 개입이 거의 없다. 메시지 전달 방식 보다 통신 속도가 빠르다.
• 하지만 서로의 공유 메모리 영역을 동시에 읽고 쓸 경우에는 데이터의 일관성이 훼손될 수 있으며 이를 레이스 컨디션이라고 한다.

메세지 전달

• 프로세스 간 주고받을 데이터를 메세지 형태로 주고받는 방식이다.
• 데이터가 커널을 거쳐 송수신 통신을 하는 방식이다.
• 메시지를 보내는 시스템 콜인 send()라는 시스템 콜과 메세지를 받은 시스템 콜인 recv()이 정해져 있고, 각 프로세스는 이 시스템 콜들을 호출하여 메세지를 송/수신한다.
• 공유 메모리 기반 IPC보다 커널의 도움을 받아 레이스 컨디션, 동기화등의 문제를 고려하는 일이 상대적으로 적다.
• 하지만, 주고받는 데이터가 커널을 통해 송/수신되므로 공유 메모리 기반 IPC보다 통신 속도는 느리다.
• 대표적인 수단으로는 파이프, 시그널, 소켓, 원격 프로시저 호출(RPC)이 있다.

파이프(pipe)란?

단방향 프로세스 간의 통신 도구이다.
한쪽은 읽기를 수행하면 다른 한쪽은 쓰기를 수행한다.
양방향 통신을 수행할 경우, 읽기용 파이프와 쓰기용 파이프 2개를 이용해 양방향으로 통신할 수 있다.

익명 파이프(unnamed pipe)

양방향 통신을 지원하지 않고, 부모 프로세스와 자식 프로세스 간의 통신만 가능하다.

지명 파이프(named pipe or FIFO)

지명 파이프는 양방향 통신을 지원하며, 부모와 자식 간의 프로세스뿐만 아니라 임의의 프로세스와도 통신이 가능하다.

시그널이란?

프로세스에게 특정 이벤트가 발생했음을 알리는 비동기적 신호
대부분 인터럽트와 관련된 이벤트지만, 사용자가 직접 정의할 수 있는 시그널도 있다.
프로세스는 시그널이 발생하면 다른 인터럽트와 동일하게 하던 일을 잠시 중단하고, 시그널 처리를 위한 시그널 핸들러를 실행한 뒤 실행을 재개한다.
대부분은 프로세스를 종료하거나 무시하거나 코어 덤프를 생성한다. 코어 덤프는 비정상적으로 종료하는 경우 생성되는 파일로, 특정 시점에 작업하던 메모리 상태가 기록되어 있다.