[운영체제] 프로세스 간 통신(IPC) 공유 메모리: 개념과 Java·Python 예제 코드 정리

프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication)이란?

컴퓨터에서 프로그램은 각각 독립적으로 실행되는 프로세스라는 단위로 나뉘어요. 하지만 때로는 한 프로세스가 다른 프로세스와 데이터를 주고받거나 협력해야 할 때가 있습니다. 이를 프로세스 간 통신(IPC)이라고 해요. 😊

IPC는 운영체제가 프로세스들끼리 정보를 공유할 수 있게 하는 방법이에요.
간단히 말해서, 프로세스들이 서로 대화하거나 파일을 주고받는 방법이에요. 😊

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📂 IPC에서 자주 사용되는 개념

• 파이프 (Pipe): 데이터를 한쪽에서 보내면 다른 쪽에서 받을 수 있는 터널 같은 것!
• 소켓 (Socket): 네트워크로 연결된 두 프로세스가 통신하는 방식.
• 공유 메모리: 프로세스들이 같은 메모리 공간을 함께 사용하는 방법.
• 메시지 큐: 데이터를 보내고 받고 할 수 있는 편지함 같은 구조.

📂 공유 메모리 (Shared Memory)

• 공유 메모리는 두 프로세스가 같은 메모리 공간을 사용해서 데이터를 공유하는 방법이에요.
• 마치 하나의 공용 노트를 여러 사람이 함께 사용하는 것 같아요.
• 데이터를 메모리에 저장하고, 프로세스들이 거기서 읽거나 쓸 수 있어요.

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🧠 공유 메모리 (Python과 Java)

동작 설명

1. 공유 메모리는 두 프로세스(또는 스레드)가 하나의 공통 데이터 영역을 통해 데이터를 읽고 쓸 수 있도록 만듭니다.
2. 두 프로세스가 동시에 데이터를 접근할 때 순서가 중요하기 때문에, 동기화를 통해 데이터 충돌을 방지해야 합니다.
3. 파이썬의 multiprocessing.Value와 자바의 AtomicInteger는 이런 공유 메모리 접근을 안전하게 처리하도록 도와줍니다.

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파이썬 공유 메모리 코드 설명

from multiprocessing import Process, Value

def increment(shared_num):
    for _ in range(5):
        shared_num.value += 1  # 공유 메모리에 값을 1 증가
        print("Incremented:", shared_num.value)  # 현재 값 출력

def decrement(shared_num):
    for _ in range(5):
        shared_num.value -= 1  # 공유 메모리에 값을 1 감소
        print("Decremented:", shared_num.value)  # 현재 값 출력

if __name__ == "__main__":
    shared_num = Value('i', 0)  # 공유 메모리 공간 초기화 (정수형, 초기값 0)

    # 두 프로세스 생성: 하나는 값을 증가, 다른 하나는 값을 감소
    p1 = Process(target=increment, args=(shared_num,))
    p2 = Process(target=decrement, args=(shared_num,))

    p1.start()  # 첫 번째 프로세스 시작
    p2.start()  # 두 번째 프로세스 시작

    p1.join()  # 첫 번째 프로세스가 끝날 때까지 대기
    p2.join()  # 두 번째 프로세스가 끝날 때까지 대기

    print("최종 값:", shared_num.value)  # 공유 메모리의 최종 값 출력

• Value('i', 0): 정수형 0을 초기값으로 갖는 공유 메모리 공간 생성.
• 두 프로세스(p1, p2)는 이 공간에 접근하여 값을 증가하거나 감소합니다.
• p1과 p2가 실행될 때마다 값이 변경되므로 최종 값은 실행 순서에 따라 다를 수 있습니다.

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자바 공유 메모리 코드 설명

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class SharedMemoryExample {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger sharedNum = new AtomicInteger(0); // 공유 메모리 초기화 (0)

        // 증가 스레드
        Thread incrementer = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                sharedNum.getAndIncrement(); // 값을 1 증가
                System.out.println("Incremented: " + sharedNum.get()); // 현재 값 출력
            }
        });

        // 감소 스레드
        Thread decrementer = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                sharedNum.getAndDecrement(); // 값을 1 감소
                System.out.println("Decremented: " + sharedNum.get()); // 현재 값 출력
            }
        });

        incrementer.start(); // 첫 번째 스레드 시작
        decrementer.start(); // 두 번째 스레드 시작

        try {
            incrementer.join(); // 첫 번째 스레드 종료 대기
            decrementer.join(); // 두 번째 스레드 종료 대기
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }

        System.out.println("최종 값: " + sharedNum.get()); // 최종 값 출력
    }
}

• AtomicInteger: 자바에서 공유 메모리를 안전하게 다룰 수 있는 클래스.
• 두 스레드(incrementer, decrementer)가 공유 메모리 sharedNum에 접근하여 값을 각각 증가/감소.
• 실행 순서에 따라 최종 값은 다를 수 있지만, AtomicInteger는 동기화 문제를 자동으로 처리합니다.

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2024.12.16 - [운영체제] - [쉬운설명]프로세스 간 통신(IPC)이란? : 파이프

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😊 마무리

• 소켓: 네트워크 통신.
• 공유 메모리: 프로세스 간 공용 메모리 공간.
• 메시지 큐: 메시지를 저장하고 교환하는 우체통.