Communication inter-processus

En informatique, les communications inter processus (Inter-Process Communication ou IPC) regroupent un ensemble de mécanismes permettant à des processus concurrents (ou distants) de communiquer. Ces mécanismes peuvent être classés en trois catégories :

• les outils permettant aux processus de s'échanger des données ;
• les outils permettant de synchroniser les processus, notamment pour gérer le principe de section critique ;
• les outils offrant directement les caractéristiques des deux premiers (ie : permettant d'échanger des données et de synchroniser des processus).

Les fichiers peuvent être utilisés pour échanger des informations entre deux, ou plusieurs processus. Dans ce cas, les processus voulant envoyer des informations écrivent dans un (ou plusieurs) fichier(s) à une certaine position ; les processus souhaitant recevoir ces informations se positionnent aux « bons » emplacement dans un fichier et les lisent. Ce type d'échange est possible entre des processus concurrents, en utilisant le système de fichiers local, ou distants en utilisant un système de fichiers distribué tel que NFS.

La mémoire (principale) d'un système peut aussi être utilisée pour des échanges de données. Suivant le type de processus, les outils utilisés ne sont pas les mêmes.

• Dans le cas des processus « classiques », l'espace mémoire du processus n'est pas partagé. On utilise alors des mécanismes de mémoire partagée, comme les segments de mémoire partagée pour Unix.
• Dans le cas des processus légers l'espace mémoire est partagé, la mémoire peut donc être utilisée directement.

Dans les deux cas, les échanges sont réalisés en plaçant les données dans des variables partagées par les processus.

Quelle que soit la méthode utilisée pour partager les données, ce type de communication pose le problème des sections critiques : le moment où les processus accédent aux données partagées. En effet si deux processus accédent « en même temps » à une ressource, il peut se produire différents cas :

• les données ne sont plus cohérentes
• un ou plusieurs des processus concernés "plantent"
• un ou plusieurs des processus est bloqué : il doit attendre que la ressource soit libérée

En utilisant des fichiers, on a généralement le deuxième ou le troisième cas. Si on le prévoit, le programme peut attendre (10 millisecondes, 1 seconde etc.) et reprendre plus tard l'accès aux données. Cela dit, cette solution n'est pas toujours possible en réseau, car les fichiers ne sont pas toujours libérés correctement (par le programme, par le système d'exploitation etc.)

En utilisant la mémoire, on a plutôt le premier cas si on ne gère rien de particulier. Cela dit, on peut prévoir des synchronisations par lectures/écritures exclusives et mettre simplement le programme en attente en cas de conflit. Dans tous les cas, le partage de données en mémoire n'est possible que sur un seul et même ordinateur.

Les mécanismes de synchronisation sont utilisés pour résoudre les problèmes de sections critiques et plus généralement pour bloquer et débloquer des processus suivant certaines conditions.

Les verrous permettent de bloquer tout ou une partie d'un fichier. Ces blocages peuvent être réalisés soit pour les opérations de lecture, soit d'écriture, soit pour les deux.

Les sémaphores sont un mécanisme plus général, ils ne sont pas associés à un type particulier de ressource et permettent de limiter l'accès concurrent à une section critique à un certain nombre de processus. Pour ce faire les sémaphores utilisent deux fonctions : P et V, et un compteur. La fonction P décremente le compteur, si le compteur est nul le processus est bloqué. La fonction V incrémente le compteur et débloque l'un des processus bloqué.

Les signaux sont à l'origine destinés à tuer (terminer) un processus dans certaines conditions, par exemple le signal SIGSEGV tue un processus qui effectue un accès à une zone de mémoire qu'il n'a pas alloué. Les signaux peuvent cependant être déroutés vers d'autres fonctions. Le blocage d'un processus se fait alors en demandant l'attente de l'arrivée d'un signal et le déblocage consiste à envoyer un message au processus.

Le problème des mécanismes de synchronisation est que les processus ne sont bloqués que s'ils les utilisent. De plus, leur utilisation est difficile et entraine des problèmes d'interblocage (tous les processus sont bloqués).

Ces outils regroupent les possibilités des deux autres et sont plus simples d'utilisation.

L'idée de ce type d'outil est de communiquer en utilisant le principe des files, les processus voulant envoyer des informations les placent dans la file ; ceux voulant les recevoir les récupèrent dans cette même file. Les opérations d'écriture et de lecture dans la file sont bloquantes et permettent donc la synchronisation.

Ce principe est utilisé par les files d'attente de message (message queue) sous Unix, par les sockets Unix ou Internet, par les tubes, nommés ou non, et par la transmission de messages (Message Passing).