Ch 11. 프로세스간 통신(Inter Process Communication)

    모든 내용은 [윤성우 저, "열혈강의 TCP/IP 소켓 프로그래밍", 오렌지미디어] 를 기반으로 제 나름대로 이해하여 정리한 것입니다. 다소 부정확한 내용이 있을수도 있으니 이를 유념하고 봐주세요!

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# 프로세스간 통신의 기본 이해

- IPC가 가능하다는 것은 서로 다른 두 프로세스가 데이터를 주고받을 수 있다는 의미
- IPC가 가능하기 위해서는 두 프로세스가 동시에 접근 가능한 메모리 공간이 있어야 함
- 그러나, 프로세스는 서로 완전히 별개의 메모리 구조를 지님
(fork 함수호출을 통해 생성된 부모-자식간 프로세스도 메모리 공간을 전혀 공유하지 않음)

=> 어떻게 해결해야 할까?

 

# 파이프 기반의 IPC
- IPC를 위해 파이프라는 것을 생성
- 파이프는 프로세스에 속하는 자원이 아님(소켓처럼 운영체제에 속하는 자원, 따라서 fork의 복사대상이 아님)
- 운영체제가 마련해주는 메모리 공간을 통해서 두 프로세스가 통신하게 됨

 

# 파이프 생성

#include <unistd.h>

int pipe(int filedes[2]);
// -> 성공시 0, 실패시 -1 반환

- filedes[0] : 파이프로부터 데이터를 수신하는데 사용되는 파일 디스크립터 저장(파이프의 출구)
- filedes[1] : 파이프로 데이터를 전송하는데 사용되는 파일 디스크립터 저장(파이프의 입구)

# pipe를 생성하면, 파이프의 출입구가 되는 파일 디스크립터를 얻을 수 있다.
이후 fork 함수 호출을 하면, (파이프를 복사하는 것이 아니라)
파이프 생성시 얻은 파일 디스크립터가 복사된다.

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# 파이프 기반의 프로세스간 양방향 통신
- 한 개의 파이프를 가지고 양방향 통신도 가능하나 매우 주의가 필요
- "파이프에 데이터가 전달되면, 먼저 가져가는 프로세스에게 이 데이터가 전달된다." 
- 즉, 파이프에 들어간 데이터는 주인이 따로 있는 것이 아니며, 먼저 가져간(읽어간) 프로세스가 임자

(혹여나 그 데이터가 자기자신이 전송한 데이터라도 먼저 읽어 들일 수 있음)
- 하나의 파이프만 이용하여 두 프로세스간에 양방향 통신을 하려면, 프로그램의 실행흐름을 예측하고 컨트롤해야 하는데 이는 시스템에 따라 다르기 때문에 사실상 불가능
=> 따라서 "파이프를 두 개를 생성"하여 프로세스간 양방향 통신을 하자.

 

# 부모 프로세스가 종료되어도, 자식 프로세스는 그대로 진행된다.

 

# 두개의 파이프를 이용한 프로세스간 양방향 통신

 

pipe3.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

#define BUF_SIZE 30

int main(int argc, char* argv[])
{
    int fds1[2], fds2[2];
    char str1[]="Who are you?";
    char str2[]="Thank you for your message";
    char buf[BUF_SIZE];
    pid_t pid;

    pipe(fds1); pipe(fds2); // 두 개의 파이프 생성

    pid=fork(); // 자식 프로세스 생성
    if(pid==0) // 자식 프로세스의 경우
    {
        write(fds1[1],str1,sizeof(str1)); // 1번 파이프를 통해 부모 프로세스에게 데이터 송신
        read(fds2[0],buf,BUF_SIZE); // 2번 파이프를 통해 부모 프로세스에게 데이터 수신
        printf("Child proc output: %s \n",buf);
    }
    else // 부모 프로세스의 경우
    {
        read(fds1[0],buf,BUF_SIZE); // 1번 파이프를 통해 자식 프로세스에게 데이터 수신
        printf("Parent proc output: %s \n", buf);
        write(fds2[1],str2,sizeof(str2)); // 2번 파이프를 통해 자식 프로세스에게 데이터 송신
        sleep(3); // 부모프로세스가 먼저 종료되는 것을 방지하기 위함임(안해도 자식 프로세스는 진행하기에 무방)
    }
    
    return 0;
}

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# 프로세스간 통신의 적용

- 프로세스간 통신은 서버의 구현에 직접적인 연관은 없음

- 그러나, 운영체제를 이해한다는 측면에 나름의 의미가 존재

 

# 메세지를 저장하는 형태의 에코 서버

- Ch 10의 echo_mpserv.c를 확장

- "서버는 클라이언트가 전송하는 문자열을 전달되는 순서대로 파일에 저장한다."

- 별도의 프로세스를 생성해서 클라이언트에게 서비스를 제공하는 프로세스로부터 문자열 정보를 수신하게끔 설계

- Ch 10의 echo_client.c와 함꼐 실행하자.

 

echo_storeserv.c

#define _XOPEN_SOURCE 700

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdbool.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);
void read_childproc(int sig); // 시그널 핸들러

int main(int argc, char * argv[])
{
    int serv_sock, clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    int fds[2];

    pid_t pid;
    struct sigaction act;
    socklen_t adr_sz;
    int str_len, state;
    char buf[BUF_SIZE];

    if(argc!=2) // 실행파일의 경로/PORT번호 를 인자로 받아야함
    {
        printf("Usage : %s <port> \n",argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* sigaction 구조체 초기화 */
    act.sa_handler=read_childproc; // 시그널 핸들러는 read_childproc 함수포인터
    sigemptyset(&act.sa_mask); // 0으로 초기화
    act.sa_flags=0; // 0으로 초기화
    state=sigaction(SIGCHLD,&act,0); // 시그널 등록(자식 프로세스 종료시 read_childproc 함수호출)

    serv_sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0); // TCP 소켓 생성

    /* 서버 주소정보 초기화 */
    memset(&serv_adr,0,sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    /* 서버 주소정보를 기반으로 주소할당 */
    if(bind(serv_sock,(struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("bind() error");

    /* 서버가 클라이언트의 연결요청 준비를 완료 */
    if(listen(serv_sock,5)==-1)
        error_handling("listen() error");

    pipe(fds); // 파이프 생성
    pid=fork(); // 자식 프로세스 생성(파이프 파일 디스크립터 복사됨) 

    if(pid==0) // 자식 프로세스의 경우
    {
        FILE *fp=fopen("echomsg.txt","wt"); // 텍스트 쓰기전용으로 파일을 엶
        char msgbuf[BUF_SIZE];
        int i,len;

        for(i=0;i<10;++i)
        {
            len=read(fds[0],msgbuf,BUF_SIZE); // 부모 프로세스로부터 데이터를 수신하여
            fwrite((void*)msgbuf,1,len,fp); // 파일에 씀
        }

        fclose(fp); // 파일을 닫고
        return 0; // 정상적 종료
    }
    else // 부모 프로세스의 경우
    {
        while(true)
        {
            adr_sz=sizeof(clnt_adr);
            clnt_sock=accept(serv_sock,(struct sockaddr*)&clnt_adr,&adr_sz);
            /* 서버가 클라이언트의 요청을 수락 */

            if(clnt_sock==-1)
                continue;
            else
                puts("New client connected...");
            
            pid=fork(); // 서버가 자식 프로세스를 생성
            if(pid==-1) // 서버가 자식 프로세스를 생성하지 못했다면,
            {
                close(clnt_sock); // 클라이언트와 연결을 위해 생성한 소켓 연결종료
                continue;
            }

            if(pid==0) // 서버의 자식 프로세스의 경우
            {
                close(serv_sock); // 서버의 부모 프로세스만 이 소켓에 대한 파일 디스크립터를 갖게 하기 위함임

                while((str_len=read(clnt_sock,buf,BUF_SIZE))!=0) // 클라이언트로부터 데이터를 모두 수신하여
                {
                    write(clnt_sock,buf,str_len); // 다시 클라이언트로 에코
                    write(fds[1],buf,str_len);
                }
                
                close(clnt_sock); // 클라이언트에 대한 에코 서비스를 모두 완료했으므로 소켓 연결 종료
                puts("client disconnected...");

                return 0;
            }
            else // 서버의 부모 프로세스의 경우
                close(clnt_sock); // 서버의 자식 프로세스만 이 소켓에 대한 파일 디스크립터를 갖게 하기 위함임
        }
    }
    
    close(serv_sock); // 서버 부모 프로세스에서 소켓을 종료
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message,stderr);
    fputc('\n',stderr);
    exit(EXIT_FAILURE); // -1
}

void read_childproc(int sig)
{
    pid_t pid;
    int status;
    pid=waitpid(-1,&status,WNOHANG);
    if(WIFEXITED(status))
    {
        printf("removed proc id: %d \n",pid);
        // printf("removed proc send: %d \n",WEXITSTATUS(status));
    }
}

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[출처] : 윤성우 저, "열혈강의 TCP/IP 소켓 프로그래밍", 오렌지미디어