멀티프로세싱과 멀티스레딩, 그리고 IPC

멀티프로세싱은 여러 개의 '프로세스' 즉 동시에 2가지 이상의 일을 수행 할 수 있는것을 말합니다.

이를 통해 하나 이상의 일을 병렬로 처리할 수 있으며 특정 프로세스의 메모리, 프로레스 중 일부에 문제가 발생되더라도 다른 프로세스를 이용해 처리할 수 있으므로 신뢰성이 높은 강점이 있습니다.

멀티스레딩 이란 프로세스 내 작업을 여러 개의 스레드, 멀티스레드로 처리하는 기법이며 스레드끼리 서로 자원을 공유하기 때문에 효율성이 높습니다.

예를 들어 웹 요청을 처리할 때 새 프로세스를 생성하는 대신 스레드를 사용하는 웹 서버의 경우 훨씬 적은 리소스를 소비하여,  한 스레드가 중단(blocked)되어도 다른 스레드는 실행(running)상태일 수 잇기 때문에 중단되지 않은 빠른 처리가 가능합니다. 또한, 동시성에도 큰 장점이 있습니다. 하지만 한 스레드에 문제가 생기면 다른 스레드에도 영향을 끼쳐 스레드로 이루어져 있는 프로세스에 영향을 줄 수 있는 단점이 있습니다. 

(비용이 더 들어가게 됩니다, 다만 멀티프로세스는 한 프로세스의 문제를 영향을 받지 않지만, 멀티스레딩은 한 스레드의 문제가 생기면 영향을 받을 수 있는 단점이 있습니다.) 

 

멀티스레드와 멀티스레딩은 다른 뜻: 멀티스레드는 여러개의 스레드로 구성된 하나의 프로세스

멀티스레딩은 그걸 기반으로 해서 동작 즉 수행하는 것을 의미한다. 

멀티프로세싱

멀티스레딩

멀티프로세는 : 웹 브라우저

웹 브라우저는 멀티 프로세스 구조를 가지고 있으며 다음과 같습니다.

브라우저 프로세스 : 주소 표시줄, 북마크 막대, 뒤로 가기 버튼, 앞으로 가기 버튼 등을 담당하며 네트워크 요청이나 파일 접근 같은 권한을 담당합니다.

- 렌더러 프로세스: 웹 사이트가 '보이는' 부분의 모든 것을 제어합니다.

- 프러그인 프로세스: 웹 사이트에서 사용하는 플러그인을 제어합니다.

- GPU 프로세스 : GPU를 이용해서 화면을 그리는 부분을 제어합니다.

멀티스레드 : 웹 브라우저의 렌더러 프로세스 

메인 스레드/ 워커 스레드 /' 레스트 스레드/ 컴포지터스레드 가 있습니다. 

 

IPC  

멀티프로세는 IPC(Inter Process Commuinication)가 가능하며 IPC 는 프로세스끼리 데이터를 주고받고 공유 데이터를 관리하는 메커니즘을 뜻합니다.

클라이언트와 서버를 예로 들 수 있는데, 클라이언트는 데이터를 요청하고 서버는 클라이언트 요청에 응답하는 것도 IPC의 예이빈다.

IPC의 종류로는 공유 메모리, 파일, 소켓, 익명파이프, 명명 파이프, 메시지 큐가 있습니다. 

이들은 모두 메모리가 완전히 공유되는 스레드보다는 속도가 떨어집니다. 

 

공유 메모리는 여러 프로레스 에 동일한 메모리 블록 에 대한 접근 권한이 부여되는 프로세스가 서로 통신할 수 있도록 공유 버퍼를 생성하는 것을 말합니다 .기본적으로는 각 프로세스의 메모리를 다른 프로세스가 접근할 수 없지만 공유 메모리를 통해 여러 프로세스가 하나의 메모리를 공유할 수 있습니다.

IPC 방식 중 어떠한 매게체를 통해 데이터를 주고받는것이 아닌 메모리 자체를 공유하기 때문에 불필요한 데이터복사의 오버헤드가 발생하지 않아 가장 빠르며 같은 메모리 영역을 여러 프로세스가 공유하기 때문에 동기화가 필요합니다. 

참고로 하드웨어 관점에서 공유 메모리는 CPU가 접근할 수 있는 큰 랜덤 접근 메모리인RAM을 가리키기도 합니다. 

 

파일 

파일은 디스크에 저장된 데이터 또는 파일 서버에서 제공한 데이터를말합니다. 이를 기반으로 프로세스 간 통신을 합니다. 

 

소켓 

동일한 컴퓨터의 다른 프로세스나 네트워크의 다른 컴퓨터로 네트워크 인터페이스를 통해 전송하는 데이터를 의마혀 TCP 와 UDP가 있습니다. 

 

공유 메모리는  

                      프로세스          프로세스 2

 

                                  공유메모리

 

익명 파이프 - 프로세스간 에 FIFO 방식으로 읽히는 임시 공간인 파이프를 기반으로 데이터를 주고받으며, 단방향 방식의 읽기 전용, 쓰기 전용 파이프를 만들어서 작동하는 방식을 말합니다.

이는 부모, 자식 프로세스 간에만 사용 할 수 있으며 다른 네트워크상에서는 사용이 불가능합니다. 

어떠한 곳에서는 쓰기 , 어떠한 곳에서는 읽기를 사용해서 가져옵니다. 

 

명명된 파이프 - 파이프 서버와 하나 이상의 파이프 클라이언트 간의 통신을 위한 명명된 단방향 또는 이중 파이프를 말합니다. 

클라이언트/서버 통신을 위한 별도의 파이프를 제공하며, 여러 파이프를 동시에 사용할 수 있습니다. 컴퓨터의 프로세스끼리 또는 다른 네트워크상의 컴퓨터와도 통신을 할 수 있습니다. 

 

다음 그림처럼 보통 서버용 파이프와 클라이언트용 파이프로 구분해서 작동하며 하나의 인스턴스를 열거나 여러 개의 인스턴스를 기반으로 통신합니다.

메시지 큐 는 메시지 큐 데이터 구조 형태로 관리하는 것을 의미합니다.

이는 커널의 전역변수 형태 등 커널에서 전역적으로 관리되며

다른 IPC 방식에 비해서 사용 방법이

매우 직관적이고 간단하며 다른 코드의 수정 없이 단지 몇 줄의 코드를 추가시켜 간단하게 메시지 큐에 접근할 수 있는 장점이 있습니다. 

 

공유 메모리를  통해 IPC를 구현 할 때  쓰기 및 읽기 빈도가 높으면 동기화  때문에 기능을 구현하는 것이 매우 복잡해지데, 이때 대안으로 메시지 큐를 사용하기도 합니다. (많이 사용되는 IPC방법입니다.)