IPC может называться терминами межпотоковое взаимодействие (англ. inter-thread communication) и межпрограммное взаимодействие (англ. inter-application communication).
Межпроцессное взаимодействие (англ. inter-process communication, IPC) — обмен данными между потоками одного или разных процессов. Реализуется посредством механизмов, предоставляемых ядром ОС или процессом, использующим механизмы ОС и реализующим новые возможности IPC. Может осуществляться как на одном компьютере, так и между несколькими компьютерами сети.
Из механизмов, предоставляемых ОС и используемых для IPC, можно выделить:
· механизмы обмена сообщениями;
· механизмы синхронизации;
· механизмы разделения памяти;
· механизмы удалённых вызовов (RPC).
Для оценки производительности различных механизмов IPC используют следующие параметры:
· пропускная способность (количество сообщений в единицу времени, которое ядро ОС или процесс способно обработать);
· задержки (время между отправкой сообщения одним потоком и его получением другим потоком).
Межпроцессное взаимодействие, наряду с механизмами адресации памяти, является основой для разграничения адресного пространства между процессами[1]
Для организации коммуникации между одновременно работающими процессами применяются средства межпроцессного взаимодействия (Interprocess Communication - IPC).
Выделяются три уровня средств IPC:
- локальный;
- удаленный;
- высокоуровневый.
Средства локального уровня IPC привязаны к процессору и возможны только в пределах компьютера. К этому виду IPC принадлежат практически все основные механизмы IPC UNIX, а именно, каналы, разделяемая память и очереди сообщений. Коммуникационное пространство этих IPC, поддерживаются только в пределах локальной системы. Из-за этих ограничений для них могут реализовываться более простые и более быстрые интерфейсы.
Удаленные IPC предоставляют механизмы, которые обеспечивают взаимодействие как в пределах одного процессора, так и между программами на различных процессорах, соединенных через сеть. Сюда относятся удаленные вызовы процедур (Remote Procedure Calls - RPC), сокеты Unix, а также TLI (Transport Layer Interface - интерфейс транспортного уровня) фирмы Sun.
Под высокоуровневыми IPC обычно подразумеваются пакеты программного обеспечения, которые реализуют промежуточный слой между системной платформой и приложением. Эти пакеты предназначены для переноса уже испытанных протоколов коммуникации приложения на более новую архитектуру.
Простые межпроцессные коммуникации можно организовать с помощью сигналов и каналов. Более сложными средствами IPC являются очереди сообщений, семафоры и разделяемые области памяти.
Наряду с обеспечением взаимодействия процессов средства IPC призваны решать проблемы, возникающие при организации параллельных вычислений. Сюда относятся:
- Синхронный доступ. Если все процессы считывают данные из файла, то в большинстве случае проблем не возникает. Однако, при попытке одним из процессов изменить этот файл, могут возникнуть так называемые конкурентные ситуации (race conditions).
- Дисциплина доступа. Если нужно, чтобы как можно большее количество пользователей могли записывать данные, организуется так называемая очередь (по правилу один пишет, несколько читают). Практически организуется две очереди: одна - для чтения, другая - для записи. Такую дисциплину доступа можно организовать с помощью барьеров (блокировок). При этом создается общий барьер для считывателей, так как несколько процессов могут одновременно считывать данные, а также отдельный барьер для процесса-писателя. Такая организация предотвращает взаимные помехи в работе.
- Голодание процессов. Организация дисциплины доступа может привести к ситуации, когда процесс будет длительно ждать своей очереди для записи данных. Поэтому иногда нужно организовывать очереди с приоритетами.
- Управление потоком. Если нельзя точно определить, какой из процессов запрашивает или возвращает свои данные в нужный компьютер первым, используется так называемое взаимодействие по модели "клиент-сервер". При этом используются один или несколько клиентов и один сервер. Клиент посылает запрос серверу, а сервер отвечает на него. После этого клиент должен дождаться ответа сервера, чтобы продолжать дальнейшее взаимодействие. Такое поведение называется управлением потоком. При одновременном доступе здесь также могут использоваться очереди с приоритетами.
- Тупик (deadlock). Классический тупик возникает, если процесс A получает доступ к файлу A и ждет освобождения файла B. Одновременно процесс B, получив доступ к файлу B, ждет освобождения файла A. Оба процесса теперь ждут освобождения ресурсов другого процесса и не освобождают при этом собственный файл. Тупика можно избежать, если ресурсы будут пронумерованы и предоставляться только в восходящем порядке номеров. Кроме того, все ресурсы должны освобождаться сразу после окончания использования.
