IPC Anatomy

Inter-Process Communication Anatomy

การสื่อสารระหว่างโปรเซส (Interprocess communication - IPC) เป็นกลไกสำคัญในการติดต่อสื่อสารระหว่างโปรเซสให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลซึ่งกันและกัน ไม่ว่าจะอยู่ภายในคอมพิวเตอร์เดียวกันหรือโปรเซสที่อาจจะอยู่ต่างคอมพิวเตอร์แต่ถูกเชื่อมต่อผ่านระบบเครือข่ายเดียวกัน ตัวอย่างเช่น การเรียกคำสั่งผ่านเชลล์โดยผลลัพธ์จากโปรเซสแรกจะส่งไปเป็นอินพุทให้กับโปรเซสถัดไป ด้วยการใช้เครื่องหมาย "|" (Pipe)

$ ls -al | grep "source"
drwxr-xr-x 24 root root     4096 2013-09-25 04:51 linux-source-2.6.32

ซึ่งการสร้างท่อเชื่อมต่อ (link) นั้นจะมีด้วยกับสองรูปแบบคือแบบทางเดียวและแบบสองทิศทาง เมื่อมีการสร้างท่อเชื่อมต่อระหว่างกันแล้วโปรเซสก็สามารถส่งข้อมูลหรือข้อความ (message) ถึงกันได้มากเพียงใดก็ขึ้นอยู่กับความจุของลิงค์ว่ามีเท่าไหร่ และบัฟเฟอร์ของลิงค์

รูปแบบการสื่อสารกับระหว่างโปรเซส

ประเภทการกลไกสื่อสาร IPC

จากตารางข้างล่างแสดงวิธีการสื่อสารระหว่างโปรเซสในแบบต่างๆ และที่ถูกรองรับสำหรับแต่ละมาตราฐานในระบบปฏิบัติการ UNIX/LINUX

ตารางแสดงวิธีการสื่อสารในแบบต่างๆของ IPC

ชนิดการสื่อสาร	วัตถุประสงค์	รองรับระบบ
Signal	เป็นการส่งสัญญาณของระบบในระดับล่างไปขัดจังหวะของโปรเซส เพื่อบอกให้โปรเซสทำตามวัตถุประสงค์ของสัญญาณนั้นๆ หรืออาจจะใช้เป็นการส่งสัญญาณระหว่างโปรเซสด้วยกัน	POSIX, System V, BSD
Pipe	สตรีมข้อมูลระหว่างโพรเซสชนิดทางเดียว หรือ half duplex	POSIX, System V, BSD
Named pipe (FIFO)	ดำเนินการผ่านไฟล์บนระบบไฟล์แทนมาตรฐาน input และ output	POSIX, System V, BSD
Message queue	สตรีมข้อมูลที่ไม่ระบุคล้ายกับไปป์ แต่เก็บและเรียกข้อมูลจากใน แพ็กเกจ	POSIX, System V
Locks, Mutexes, and Condition Variables	เทคนิคทางโปรแกรมเพื่อป้องกันไม่ให้โปรเซสแย่งกันเข้าไปใช้ทรัพยากรของระบบพร้อมกัน	POSIX, IRIX
Semaphore	โครงสร้างมาตรฐานที่ประสาน thread หรือกระบวนการที่กระทำกับทรัพยากรที่ใช้ร่วมกัน	POSIX, IRIX, System V
Shared memory	เป็นวิธีการส่งข้อมูลไปไว้ในส่วนของหน่วยความจำที่แชร์ให้กับ โปรเซสอื่นๆให้สามารถเข้าถึงข้อมูลนั้นได้	POSIX, IRIX, System V
Memory-mapped file	แมพไฟล์ไปยัง RAM และสามารถแก้ไขได้โดยการเปลี่ยนที่อยู่หน่วยความจำโดยตรง	POSIX, IRIX, System V
Socket	ส่งข้อมูลไปยังเครือข่ายเน็ทเวิร์คบนคอมพิวเตอร์เครื่องเดียวกันหรือไปยังคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น	BSD

การรองรับแต่ละรูปของการสื่อสาร IPC ของแต่ละมาตราฐานสามารถสรุปได้ดังนี้

• มาตราฐาน POSIX จะมี system calls ที่รองรับการจัดการสัญญาณ (signal), shared memory, semaphores, mutexes, condition variables, และ message queues

• มาตราฐาน IRIX จะมี library calls รองรับสำหรับ shared memory, semaphores, locks, และ barriers โดย IRIX จะมีขั้นตอนการทำงานที่มากกว่า POSIX แต่ในบางกรณีจะได้เปรียบกว่า POSIX ในกรณีที่ใช้หน่วยประมวลผลแบบ multiprocessors นอกจากนั้นยังมีฟังก์ชัน poll() ที่สามารถนำไปใช้กับ semaphores

• มาตราฐาน AT&T System V (system five) Release 4 จะมี system calls สำหรับการจัดการสัญญาณ (signal), shared memory, semaphores, message queues, และ file locking ซึ่งเป็นมาตราฐานที่เหมาะกับการนำไปใช้ในโปรแกรมที่จะถูกนำไปทำงานอยู่บนแต่ละแพลตฟอร์ม (porting software) แต่อย่างไรก็ตามอาจจะไม่ได้ประสิทธิภาพเต็มที่

• มาตราฐาน BSD UNIX จะรองรับการจัดการสัญญาณ (signal), file locking, และ socket

โดยตัวมาตราฐาน POSIX นั้นถือว่าเป็นตัวล่าสุด ซึ่งถ้าพิจารณาการเรียกใช้ system calls ในภาพรวมตัว POSIX จะเหมาะสมและได้ประสิทธิภาพดีที่สุด นอกจากนั้นถ้าจะใช้ฟังก์ชันในมาตราฐานของ System V ก็จะเหมาะกับหน่วยประมวลผล MIPS ที่ใช้รูปแบบการติดต่อระหว่างโปรแกรมภายในระบบปฏิบัติการแบบ ABI (Application Binary Interface) รวมทั้งการนำโปรแกรมไปทำงานบนแพลตฟอร์มอื่นๆที่ใช้มาตราฐาน System V เช่นเดียวกัน