[Daily morning study] IPC (Inter-Process Communication) 방법들

03 May 2026 in Daily morning study / Operating System

#daily morning study

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IPC란?

프로세스는 기본적으로 독립된 메모리 공간을 가지기 때문에 서로의 데이터에 직접 접근할 수 없다. IPC(Inter-Process Communication)는 이렇게 격리된 프로세스들이 데이터를 주고받거나 동작을 조율할 수 있도록 OS가 제공하는 메커니즘이다.

IPC가 필요한 상황:

• 여러 프로세스가 협력해서 하나의 작업을 처리할 때
• 생산자-소비자(Producer-Consumer) 구조처럼 데이터를 넘겨야 할 때
• 프로세스 간 이벤트나 시그널을 전달해야 할 때

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주요 IPC 방식

1. 파이프 (Pipe)

단방향 데이터 스트림. 부모-자식 프로세스처럼 관련된 프로세스 사이에서 주로 사용한다.

# 셸에서 쓰는 파이프도 동일한 원리
ls -l | grep ".md"

int fd[2];
pipe(fd);  // fd[0]: 읽기 끝, fd[1]: 쓰기 끝

if (fork() == 0) {
    // 자식: 쓰기
    close(fd[0]);
    write(fd[1], "hello", 5);
} else {
    // 부모: 읽기
    close(fd[1]);
    char buf[10];
    read(fd[0], buf, 5);
}

특징:

• 단방향 (양방향이 필요하면 파이프 2개 사용)
• 관련 없는 프로세스 간에는 사용 불가 → 이 경우 Named Pipe(FIFO) 사용

2. Named Pipe (FIFO)

일반 파이프와 달리 파일 시스템에 이름이 있는 파이프. 관계없는 프로세스끼리도 이름으로 찾아서 통신 가능하다.

mkfifo /tmp/my_pipe

# 프로세스 A: 쓰기
echo "data" > /tmp/my_pipe

# 프로세스 B: 읽기
cat /tmp/my_pipe

3. 메시지 큐 (Message Queue)

메시지를 큐에 저장하고, 수신자가 꺼내가는 방식. 송신자와 수신자가 동시에 실행 중일 필요가 없다는 점이 파이프와 다르다.

항목	파이프	메시지 큐
방향	단방향	양방향 가능
동기화	동기	비동기
메시지 단위	바이트 스트림	타입 있는 메시지

// 메시지 큐 생성/접근
int msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);

// 송신
msgsnd(msgid, &msg, sizeof(msg.text), 0);

// 수신
msgrcv(msgid, &msg, sizeof(msg.text), 1, 0);

4. 공유 메모리 (Shared Memory)

여러 프로세스가 동일한 메모리 영역을 직접 읽고 쓰는 방식. IPC 방법 중 가장 빠르다.

프로세스 A의 가상 주소 공간     프로세스 B의 가상 주소 공간
┌──────────────────┐           ┌──────────────────┐
│      코드        │           │      코드        │
│      스택        │           │      스택        │
│   공유 메모리  ──┼───────────┼── 공유 메모리    │
└──────────────────┘           └──────────────────┘
             ↓                         ↓
             └─────── 물리 메모리 ─────┘

속도가 빠른 대신 동기화 문제가 발생할 수 있어서 Semaphore나 Mutex와 함께 써야 한다.

// 공유 메모리 생성
int shmid = shmget(key, 1024, IPC_CREAT | 0666);

// 프로세스 주소 공간에 연결
char *data = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);

// 읽기/쓰기
sprintf(data, "shared data");

// 연결 해제
shmdt(data);

5. 소켓 (Socket)

네트워크 통신에 쓰이는 소켓을 같은 머신 내 프로세스 간 통신에도 사용할 수 있다. Unix Domain Socket을 쓰면 네트워크 스택을 거치지 않아 빠르다.

# Unix Domain Socket 예시 (Python)
import socket

# 서버
server = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
server.bind("/tmp/my.sock")
server.listen(1)
conn, _ = server.accept()
data = conn.recv(1024)

# 클라이언트
client = socket.socket(socket.AF_UNIX, socket.SOCK_STREAM)
client.connect("/tmp/my.sock")
client.send(b"hello")

TCP/UDP 소켓과 달리 파일 시스템 경로로 연결하기 때문에 같은 호스트 안에서만 동작한다.

6. 시그널 (Signal)

데이터를 전달하는 게 아니라 이벤트 발생을 알리는 용도. 비동기적으로 전달된다.

kill -9 1234   # PID 1234 프로세스에 SIGKILL 전송
kill -15 1234  # SIGTERM (정상 종료 요청)

#include <signal.h>

void handler(int sig) {
    printf("Received signal: %d\n", sig);
}

signal(SIGINT, handler);  // Ctrl+C 입력 시 handler 실행

자주 쓰는 시그널:

시그널	번호	의미
SIGINT	2	인터럽트 (Ctrl+C)
SIGKILL	9	강제 종료 (무시 불가)
SIGTERM	15	정상 종료 요청
SIGSEGV	11	세그멘테이션 폴트
SIGCHLD	17	자식 프로세스 상태 변화

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IPC 방식 비교 정리

방식	속도	방향	관계없는 프로세스	비고
Pipe	중간	단방향	불가	부모-자식 전용
Named Pipe	중간	단방향	가능	파일 시스템 경로
Message Queue	중간	양방향	가능	비동기, 타입 구분
Shared Memory	빠름	양방향	가능	동기화 별도 필요
Socket	느림	양방향	가능	네트워크도 가능
Signal	-	단방향	가능	데이터 전달 불가

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선택 기준

• 속도가 최우선이고 같은 머신 → 공유 메모리
• 단순한 데이터 흐름, 부모-자식 관계 → 파이프
• 비동기 메시지 전달 → 메시지 큐
• 분산 환경 확장성 고려 → 소켓
• 이벤트 알림만 필요 → 시그널

리눅스 커널 내부에서도 프로세스 간 협력이 필요한 경우 위 메커니즘들을 조합해서 사용한다. 실제 시스템 프로그래밍에서는 공유 메모리 + 세마포어 조합이 성능상 자주 선택되고, 분산 시스템으로 확장을 고려한다면 처음부터 소켓(또는 메시지 브로커) 기반으로 설계하는 편이 낫다.