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# Interprozesskommunikation (IPC)
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- Mechanismen und Techniken, die es Prozessen ermöglichen miteinander zu kommunizieren
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- auf demselben Computer / über ein Netzwerk hinweg
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- Ist grundsätzlich wichtig, wenn Prozesse
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- zusammenarbeiten
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- Daten austauschen
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- miteinander interagieren
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- Wahl der Methodik hängt von Anforderung der Anwendung ab
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- Effizienz
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- Datenvolumen
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- Sicherheit
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- Komplexität
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## Synchrone IPC
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- Prozess, bei dem der Absender eines [Signals](07_Prozesssynchronisation.md#signale)/Nachricht auf eine Bestätigung oder eine Antwort vom Empfänger wartet
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- stellt sicher, dass
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- Absender und Empfänger synchronisiert sind
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- Ereignisse/Aufgaben sind abgeschlossen bevor andere anfangen
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- 
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## Asynchrone IPC
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- Prozesse, bei dem der Absender nicht auf sofortige Antwort wartet
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- Absender setzt Ausführung fort, während Empfänger verarbeitet und ggf. später antwortet
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## Mechanismen
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- [Shared Memory](#shared-memory)
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- [Dateien](#dateien)
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- [Message Queues](#message-queues)
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- [Pipes](#pipes)
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- [Promises (Futures)](#promises-futures)
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- [Sockets](#sockets)
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- [Semaphoren](07_Prozesssynchronisation.md#semaphores)
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- [Mutexe](07_Prozesssynchronisation.md#mutex-mutual-exclusion)
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- [Condition Variables](#condition-variables)
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- [Remote Procedure Call (RPC)](#remote-procedure-call-rpc)
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### Shared Memory
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- ermöglicht mehreren Prozessen auf denselben _physischen Speicherbereich_ zuzugreifen
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- Austausch von Daten effizient ohne explizite Kommunikation
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- Speicherbereich wird im RAM erstellt
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- Kann von beteiligten Systemen gelesen und beschrieben werden
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- müssen sich selbst koordinieren
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#### Linux-Systemaufrufe Shared Memory
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- **shmget** - Segment erzeugen oder auf bestehendes Zugreifen
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- **shmat** - Segment an anderen Prozess anhängen
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- **shmdt** - Segment von Prozess lösen/freigeben
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- **shmctl** - Status eines Segments abfragen/ändern/löschen
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### Dateien
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- Prozesse können auf gemeinsame Dateien zugreifen
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- Zugriff kann langsamer als andere [IPC-Mechanismen](#mechanismen) sein
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- Darauf muss man achten:
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- Zugriffsrechte korrekt setzen um Sicherheit zu gewährleisten
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- geeignete [Synchronisationsmechanismen](07_Prozesssynchronisation.md#mutex-vs-semaphore) nutzen
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### Message Queues
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- besonders nützlich, wenn strukturierte Daten zwischen Prozessen ausgetauscht werden
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- Struktur muss zwischen Prozessen vereinbart werden
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- Verwendung von [Semaphoren](07_Prozesssynchronisation.md#semaphores) kann erforderlich sein, damit Zugriff auf Queue ordnungsgemäß funktioniert
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#### Linux-Systemaufrufe Message Queues
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- **msgget** - MQ erzeugen / auf bestehende zugreifen
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- **msgsnd** - Nachricht in MQ schicken
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- **msgrcv** - Nachricht aus MQ empfangen
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- **msgctl** - Status einer MQ abfragen/ändern/löschen
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### Pipes
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- ermöglichen, dass Output eines Prozesses direkt als Input eines anderen Prozesses dient
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- sind unidirektional
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- gibt Möglichkeiten 2 Pipes zu erstellen → bidirektionale Kommunikation
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- haben begrenzte Puffergröße
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- zu viele Daten in der Pipe
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- blockieren des Schreibprozesses
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- arbeiten nach FIFO Prinzip (_First In First Out_)
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#### Erstellung von Pipes mit [POSIX API](06_prozessstruktur.md#posix-api)
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- **pipe** - Pipe mit zwei Endpunkten erzeugen
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- **popen** - Prozess starten (benutzt [fork](08_Threads.md#fork)) und Pipe zum Prozess öffnen
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- **pclose** - Mit popen geöffnete Pipe schließen
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- **mkfifo** - Named Pipe erzeugen
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- **open** - Named Pipe öffnen
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- **close** - (Named) Pipe schließen
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- **read** - aus (Named) Pipe lesen
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- **write** - in (Named) Pipe schreiben
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#### Pipes in der Shell
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- werden verwendet um 2 oder mehr Befehle zu kombinieren
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- Ausgabe eines Befehls fungiert als Eingabe für anderen Befehl
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- Ausgabe dessen = Eingabe für den nächsten ...
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- Kann temporäre Verbindung zwischen 2 oder mehr Befehlen/Programmen/Prozessen sein
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- _Filter_
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- Kommandozeilenprogramme, die weitere Verarbeitung übernehmen
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- "I" - anonyme Pipe
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- bspw. _ps ax | less_
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- ">" - benannte Pipe
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- bspw. _mkfifo myPipe ls > myPipe_
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### Promises (Futures) [-]
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- Konzept für _asynchrone Programmierung_
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- Programm wartet auf Ergebnis/Rückmeldung einer asynchronen Operation
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- blockiert dabei NICHT Haupt-Thread
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- Wird oft verwendet in
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- _JavaScript, Python, Frameworks wie Javas CompletableFuture_
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### Sockets
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- Verwendung geeignet, wenn
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- Kommunikation zwischen verschiedenen Rechnern erforderlich ist
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- verbindungsorientierte Kommunikation (_bspw. TCP_) erwünscht ist
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- Falls über Internet
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- Sicherheitsaspekte müssen berücksichtigt werden
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- bspw. Verschlüsselung
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#### Erstellung von Sockets mit [POSIX API](06_prozessstruktur.md#posix-api)
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- **socket** - Socket erzeugen
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- **socketpair** - Zwei Sockets erzeugen, ähnlich [pipe](#pipes)
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- **read, recv** - Aus Socket lesen
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- **write, send** - In Socket schreiben
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- **close** - Socket schließen
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- **select** - warten auf Socketaktivität
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- **poll** - warten auf Socketaktivität
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- _send_ und _recv_ können beliebig lange dauern
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- können Prozesse/Threads blockieren
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→ Einsetzen von _select_
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- Dient als [Multiplexer](MU0Rechner.md#multiplexer) für mehrere Sockets (_File-Descriptors: fdts_)
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[](https://www.youtube.com/watch?v=Y6pFtgRdUts)
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### Condition Variables
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- Dienen Synchronisation von Threads in einem Multithreading-Kontext
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- Threads werden informiert, dass Bedingung erfüllt / Ressource verfügbar ist
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- Normalerweise auf Threads innerhalb desselben Prozesses beschränkt
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- nicht direkt für IPC zwischen verschiedenen Prozessen nutzbar
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### Remote Procedure Call (RPC)
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- Programm kann Funktion/Prozedur auf einem entfernten Rechner/Adressraum ausführen, als wäre sie lokal vorhanden
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- abstrahiert Netzwerkkommunikation
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- ermöglicht Entwicklern sich auf Logik ihrer eigenen Anwendungen zu konzentrieren
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- Verschiedene Implementierungen von TPC existieren für verschiedene Plattformen / Programmiersprachen |