Межпроцессное взаимодействие

Как компьютерные операционные системы обеспечивают обмен данными

Система сетевых вычислений , которая соединяет множество персональных компьютеров через Интернет посредством межпроцессного сетевого взаимодействия.

В информатике межпроцессное взаимодействие ( IPC ), также называемое межпроцессным взаимодействием , — это механизмы, предоставляемые операционной системой для процессов , чтобы управлять общими данными. Обычно приложения могут использовать IPC, классифицируемые как клиенты и серверы , где клиент запрашивает данные, а сервер отвечает на запросы клиента. ^[1] Многие приложения являются как клиентами, так и серверами, что обычно наблюдается в распределенных вычислениях .

IPC очень важен для процесса проектирования микроядер и наноядер , которые сокращают количество функций, предоставляемых ядром. Эти функции затем достигаются путем взаимодействия с серверами через IPC, что приводит к значительному увеличению коммуникации по сравнению с обычным монолитным ядром. Интерфейсы IPC обычно охватывают переменные аналитические структуры фреймворка. Эти процессы обеспечивают совместимость между многовекторными протоколами, на которых основаны модели IPC. ^[2]

Механизм IPC может быть синхронным или асинхронным. Примитивы синхронизации могут использоваться для синхронного поведения с асинхронным механизмом IPC.

Подходы

Различные подходы к IPC были адаптированы к различным требованиям к программному обеспечению , таким как производительность , модульность и системные обстоятельства, такие как пропускная способность сети и задержка . ^[1]

Метод	Краткое описание	Предоставляется ( операционными системами или другими средами)
Файл	Запись, хранящаяся на диске, или запись, синтезируемая по запросу файловым сервером, к которой могут получить доступ несколько процессов.	Большинство операционных систем
Файл коммуникаций	Уникальная форма IPC конца 1960-х годов, которая наиболее близка к протоколу 9P Plan 9 .	Система разделения времени Дартмута
Сигнал ; также Асинхронная системная ловушка	Системное сообщение, отправляемое одним процессом другому, обычно не используемое для передачи данных, а используемое для удаленного управления партнерским процессом.	Большинство операционных систем
Гнездо	Данные, отправляемые через сетевой интерфейс, либо другому процессу на том же компьютере, либо другому компьютеру в сети. Ориентированные на поток ( TCP ; данные, записанные через сокет, требуют форматирования для сохранения границ сообщения) или, реже, ориентированные на сообщения ( UDP , SCTP ).	Большинство операционных систем
Сокет домена Unix	Аналогично интернет-сокету, но вся коммуникация происходит внутри ядра. Доменные сокеты используют файловую систему в качестве своего адресного пространства. Процессы ссылаются на доменный сокет как на inode , и несколько процессов могут взаимодействовать с одним сокетом	Все операционные системы POSIX и Windows 10 ^[3]
Очередь сообщений	Поток данных, похожий на сокет, но обычно сохраняющий границы сообщений. Обычно реализуемые операционной системой, они позволяют нескольким процессам читать и писать в очередь сообщений без прямого подключения друг к другу.	Большинство операционных систем
Анонимная трубка	Однонаправленный канал данных, использующий стандартный ввод и вывод . Данные, записанные на конец записи канала, буферизуются операционной системой до тех пор, пока они не будут прочитаны с конца чтения канала. Двусторонняя связь между процессами может быть достигнута путем использования двух каналов в противоположных "направлениях".	Все системы POSIX , Windows
Именованная труба	Канал, который рассматривается как файл. Вместо использования стандартного ввода и вывода, как в случае с анонимным каналом, процессы записывают и считывают данные из именованного канала, как если бы это был обычный файл.	Все системы POSIX, Windows, AmigaOS 2.0+
Общая память	Множеству процессов предоставляется доступ к одному и тому же блоку памяти , что создает общий буфер для взаимодействия процессов друг с другом.	Все системы POSIX, Windows
Передача сообщений	Позволяет нескольким программам общаться с помощью очередей сообщений и/или каналов, не управляемых ОС. Обычно используется в моделях параллелизма.	Используется в парадигмах LPC , RPC , RMI и MPI , Java RMI , CORBA , COM , DDS , MSMQ , MailSlots , QNX и других
Файл, отображенный в памяти	Файл, сопоставленный с ОЗУ , может быть изменен путем прямого изменения адресов памяти вместо вывода в поток. Он имеет те же преимущества, что и стандартный файл .	Все системы POSIX, Windows

Приложения

Интерфейсы удаленного вызова процедур

Удаленный вызов методов Java ( RMI)
ОНЦ РПК
XML-RPC или SOAP
JSON-RPC
Шина сообщений (Mbus) (указана в RFC 3259) (не путать с M-Bus )
.NET Удалённое взаимодействие
гРПЦ

Стек коммуникационной платформы

Ниже перечислены системы обмена сообщениями и информационные системы, которые используют механизмы IPC, но сами не реализуют IPC:

Протокол Desktop Communications Protocol (DCOP) от KDE – устарел из-за D-Bus
D-Bus
OpenWrt использует архитектуру микрошины ubus
API многоядерных коммуникаций MCAPI
SIMPL Проект синхронного межпроцессного обмена сообщениями для Linux (SIMPL)
9P (протокол файловой системы Plan 9)
Распределенная вычислительная среда (DCE)
бережливость
Интернет-коммуникационный движок ZeroC ( ICE)
ØMQ
Промежуточное программное обеспечение Enduro/X
ЯМИ4
Enlightenment_(программное обеспечение) E16 использует eesh как IPC

Стек связи операционной системы

Ниже приведены API-интерфейсы, специфичные для платформы или языка программирования:

События Apple Computer , ранее известные как Interapplication Communications (IAC)
Порты ARexx
LINX для Linux от Enea (с открытым исходным кодом) и различные процессоры DSP и общего назначения под OSE
Порты Mach ядра Mach
Microsoft ActiveX , Component Object Model (COM), Microsoft Transaction Server ( COM+ ), Distributed Component Object Model (DCOM), Dynamic Data Exchange (DDE), Object Linking and Embedding ( OLE), анонимные каналы , именованные каналы , Local Procedure Call , MailSlots , Message loop , MSRPC , .NET Remoting и Windows Communication Foundation (WCF)
SPX от Novell
POSIX mmap , очереди сообщений , семафоры , ^[4] и разделяемая память
Сообщения RISC OS
Двери Солярис
Очереди сообщений, семафоры и общая память System V
Прозрачное межпроцессное взаимодействие Linux (TIPC)
OpenBinder Открытая папка
Служба PPS (постоянная публикация/подписка) QNX

Распределенные объектные модели

Ниже приведены API-интерфейсы, специфичные для платформы или языка программирования, которые используют IPC, но сами не реализуют его:

Libt2n для C++ только под Linux, обрабатывает сложные объекты и исключения
Сессии PHP
Распределенный Ruby
Общая архитектура брокера объектных запросов (CORBA)
Асинхронный IPC Electron разделяет объекты JSON между основным процессом и процессом рендеринга ^[5]

Смотрите также

Ссылки

Стивенс, Ричард . Сетевое программирование UNIX, том 2, второе издание: Межпроцессное взаимодействие. Prentice Hall, 1999. ISBN 0-13-081081-9
U. Ramachandran, M. Solomon, M. Vernon Аппаратная поддержка межпроцессного взаимодействия Труды 14-го ежегодного международного симпозиума по архитектуре компьютеров. Питтсбург, Пенсильвания, США. Страницы: 178 - 188. Год издания: 1987 ISBN 0-8186-0776-9
Кровелла, М. Бьянкини, Р. Леблан, Т. Маркатос, Э. Вишневски, Р. Использование соотношения коммуникации к вычислениям при проектировании параллельных программ и прогнозировании производительности 1–4 декабря 1992 г. стр. 238–245 ISBN 0-8186-3200-3

^ ab «Межпроцессное взаимодействие». Microsoft.
^ Камурати, П. (1993). «Межпроцессные коммуникации для проектирования на уровне системы». Международный семинар по проектированию аппаратного и программного обеспечения .
^ "Windows/WSL Interop with AF_UNIX". Microsoft. 7 февраля 2018 г. Получено 25 мая 2018 г.
^ "Параллельное программирование - связь между процессами"
^ "IpcMain | Электрон".

Внешние ссылки

Страница руководства Linux ipc(5) с описанием System V IPC
Windows IPC
IPC доступен с использованием Qt
Сетевое программирование Unix (том 2: межпроцессное взаимодействие) У. Ричарда Стивенса
Межпроцессное взаимодействие и каналы в C
DIPC, распределенная система V IPC

[microsoft.com-1] «Межпроцессное взаимодействие». Microsoft.

[2] Камурати, П. (1993). «Межпроцессные коммуникации для проектирования на уровне системы». Международный семинар по проектированию аппаратного и программного обеспечения .

[3] "Windows/WSL Interop with AF_UNIX". Microsoft. 7 февраля 2018 г. Получено 25 мая 2018 г.

[4] "Параллельное программирование - связь между процессами"

[5] "IpcMain | Электрон".