IPC คืออะไรและทำงานอย่างไร?    

ในการทำงานที่ซับซ้อนของระบบคอมพิวเตอร์การทำงานร่วมกันที่มีประสิทธิภาพระหว่างโปรแกรมและกระบวนการต่าง ๆ เป็นสิ่งจำเป็น ตัวอย่างเช่นในแพลตฟอร์มการช็อปปิ้งออนไลน์กระบวนการของการแสดงข้อมูลผลิตภัณฑ์ในส่วนต่อประสานผู้ใช้การประมวลผลคำสั่งซื้อในพื้นหลังและโต้ตอบกับระบบการชำระเงินทั้งหมดจำเป็นต้องทำงานร่วมกัน กระบวนการเหล่านี้สื่อสารได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างไร คำตอบอยู่ในการสื่อสารระหว่างกัน (IPC)

การสื่อสารระหว่างกันคืออะไร (IPC)?

IPC เป็นกลไกและเทคโนโลยีที่ใช้โดยโปรแกรมที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์เพื่อสื่อสารซึ่งกันและกันและแบ่งปันข้อมูล พูดง่ายๆก็คือมันเป็นเหมือน "ระบบไปรษณีย์" ภายในคอมพิวเตอร์ที่อนุญาตให้กระบวนการหรือแอปพลิเคชันต่าง ๆ แลกเปลี่ยนข้อมูลประสานงานกิจกรรมของพวกเขาและทำงานร่วมกันเพื่อทำงานที่เฉพาะเจาะจง

ในระบบคอมพิวเตอร์ยุคแรกโปรแกรมดำเนินการค่อนข้างอิสระและความต้องการและวิธีการสื่อสารระหว่างกระบวนการค่อนข้างง่าย ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่ซับซ้อนและหลายเธรดที่ซับซ้อน IPC ได้ค่อยๆกลายเป็นเทคโนโลยีสำคัญเพื่อรองรับการทำงานที่มีประสิทธิภาพของระบบ

ทำไมIPCสำคัญในการคำนวณ?

หากไม่มี IPC โปรแกรมจะเป็นเหมือนเกาะของข้อมูลการทำงานแยกและฟังก์ชั่นของพวกเขาจะถูก จำกัด อย่างมาก IPC แบ่งการแยกนี้และเปิดใช้งานการแบ่งปันข้อมูลการซิงโครไนซ์และการรวมฟังก์ชั่นระหว่างโปรแกรมที่แตกต่างกันเพื่อสร้างระบบซอฟต์แวร์ที่มีประสิทธิภาพและเชื่อมโยงถึงกันมากขึ้น

การยกตัวอย่างเบราว์เซอร์เป็นตัวอย่างเอ็นจิ้นการแสดงผลมีหน้าที่ในการแยกวิเคราะห์และแสดงเนื้อหาเว็บในขณะที่เครื่องยนต์ JavaScript จัดการตรรกะการโต้ตอบในหน้าเว็บ ผ่าน IPC เครื่องยนต์ทั้งสองสามารถทำงานร่วมกันเพื่อให้แน่ใจว่าเอฟเฟกต์แบบไดนามิกของหน้าเว็บและการแสดงเนื้อหานั้นถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์แบบดังนั้นจึงช่วยให้ผู้ใช้ได้รับประสบการณ์การท่องเว็บที่ราบรื่น ในขณะเดียวกัน IPC ปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบหลีกเลี่ยงการสูญเสียทรัพยากรโดยการประสานงานหลายกระบวนการและปรับปรุงการตอบสนองและประสิทธิภาพของระบบ

เป็นอย่างไรIPCงาน?

IPC สนับสนุนการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกระบวนการผ่านชุดของกลไกการสื่อสารและโปรโตคอล กลไก IPC ทั่วไป ได้แก่ หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันการส่งข้อความท่อซ็อกเก็ตและการเรียกขั้นตอนระยะไกล (RPC)

หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกัน

หน่วยความจำที่ใช้ร่วมกันอนุญาตให้หลายกระบวนการเข้าถึงพื้นที่หน่วยความจำเดียวกันและกระบวนการสามารถอ่านและเขียนข้อมูลได้โดยตรงจากหน่วยความจำนี้ วิธีการถ่ายโอนข้อมูลนี้เร็วมากเพราะหลีกเลี่ยงการคัดลอกข้อมูลระหว่างช่องว่างหน่วยความจำที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามมันยังมีความเสี่ยงที่เมื่อหลายกระบวนการเข้าถึงและแก้ไขข้อมูลในเวลาเดียวกันการขาดกลไกการซิงโครไนซ์ที่มีประสิทธิภาพสามารถทำให้เกิดความสับสนและข้อผิดพลาดได้อย่างง่ายดาย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องรวมเข้ากับกลไกการล็อคหรือการส่งสัญญาณเพื่อรับประกันความสอดคล้องและความสมบูรณ์ของข้อมูล

การส่งข้อความ

การส่งข้อความเป็นวิธีการสื่อสารระหว่างกระบวนการโดยการส่งและรับข้อความที่ไม่ต่อเนื่อง ขึ้นอยู่กับโหมดการส่งข้อความสามารถแบ่งออกเป็นแบบซิงโครนัสและอะซิงโครนัส การส่งข้อความแบบซิงโครนัสกำหนดให้ผู้ส่งรอการตอบกลับจากผู้รับหลังจากส่งข้อความในขณะที่การส่งข้อความแบบอะซิงโครนัสช่วยให้ผู้ส่งส่งข้อความจากนั้นดำเนินการดำเนินการอื่นโดยไม่ต้องรอการตอบกลับ กลไกนี้เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องส่งข้อมูลเฉพาะระหว่างกระบวนการที่แตกต่างกัน แต่มีข้อกำหนดตามเวลาจริงที่แตกต่างกัน

ท่อ

ท่อเป็นช่องทางการสื่อสารทางเดียวหรือสองทางที่สามารถใช้ในการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างสองกระบวนการ ท่อมักจะใช้ในสคริปต์เชลล์ตัวอย่างเช่นเพื่อใช้เอาต์พุตของคำสั่งหนึ่งเป็นอินพุตของอีกคำสั่ง ท่อมักใช้ในการเขียนโปรแกรมเพื่อเปิดใช้งานการถ่ายโอนข้อมูลอย่างง่ายและการทำงานร่วมกันระหว่างกระบวนการ

ซ็อกเก็ต

ซ็อกเก็ตใช้เป็นหลักสำหรับการสื่อสารกระบวนการในสภาพแวดล้อมเครือข่าย ผ่านซ็อกเก็ตกระบวนการที่อยู่บนคอมพิวเตอร์ที่แตกต่างกันสามารถเชื่อมต่อซึ่งกันและกันและแลกเปลี่ยนข้อมูล ในสถาปัตยกรรมไคลเอนต์ เซิร์ฟเวอร์ทั่วไปไคลเอนต์จะส่งคำขอไปยังเซิร์ฟเวอร์ผ่านซ็อกเก็ตและเซิร์ฟเวอร์จะส่งคืนการตอบกลับผ่านซ็อกเก็ตตระหนักถึงการโต้ตอบข้อมูลและการให้บริการ

การโทรขั้นตอนระยะไกล (RPC)

RPC อนุญาตให้กระบวนการเรียกขั้นตอนในพื้นที่ที่อยู่อื่น (โดยปกติจะอยู่ในคอมพิวเตอร์เครื่องอื่น) ราวกับว่ามันเป็นขั้นตอนในท้องถิ่น RPC ซ่อนรายละเอียดที่ซับซ้อนของการสื่อสารเครือข่ายและการโทรจากระยะไกลทำให้นักพัฒนาสามารถใช้การโทรฟังก์ชั่นในระบบกระจายราวกับว่าพวกเขากำลังเขียนรหัสท้องถิ่น

ความแตกต่างระหว่างไฟล์พีซีอุตสาหกรรมและคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปเชิงพาณิชย์

ในขณะที่คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม (IPCs) และเดสก์ท็อปเชิงพาณิชย์มีซีพียูหน่วยความจำและการจัดเก็บเป็นส่วนหนึ่งของส่วนประกอบภายในของพวกเขามีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในสถานการณ์การออกแบบและแอปพลิเคชัน

การออกแบบที่ทนต่อฝุ่นและอนุภาค

IPC ได้รับการออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยฝุ่นเช่นระบบอัตโนมัติจากโรงงานและการขุด การออกแบบที่ทนทานไม่เหมือนใครช่วยลดช่องระบายอากาศการระบายความร้อนป้องกันฝุ่นและอนุภาคอื่น ๆ จากการเข้าสู่คอมพิวเตอร์หลีกเลี่ยงความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์เนื่องจากการสะสมของฝุ่นละอองและทำให้มั่นใจได้ว่าการทำงานที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

ฟอร์มแฟคเตอร์พิเศษ

เนื่องจากความผันผวนของอุณหภูมิการสั่นสะเทือนและพลังงานที่เพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมส่วนประกอบภายในของ IPC นั้นทำจากวัสดุโลหะผสมที่ทนทานซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิและการสั่นสะเทือนสูง โดยทั่วไปแล้วภายนอกจะทำด้วยแชสซีอลูมิเนียมที่ทนทานซึ่งไม่เพียง แต่ปกป้องส่วนประกอบภายใน แต่ยังทำหน้าที่เป็นอ่างล้างจานเพื่อช่วยกระจายความร้อนจากส่วนประกอบที่สำคัญเช่น CPU หน่วยความจำและการจัดเก็บ

อุณหภูมิทน

แอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรมจำนวนมากต้องการคอมพิวเตอร์ที่สามารถทำงานได้ในอุณหภูมิสูง IPC ใช้การออกแบบระบบแบบไม่มีพัดลมที่ใช้อ่างล้างมือและท่อความร้อนเพื่อรักษาช่วงอุณหภูมิที่ใช้งานได้กว้าง การออกแบบนี้หลีกเลี่ยงปัญหาของความล้มเหลวของพัดลมเนื่องจากฝุ่นและทำให้มั่นใจได้ว่า IPC สามารถทำงานได้ในความเย็นหรือความร้อนสูง

คุณภาพส่วนประกอบ

คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมมักใช้ส่วนประกอบระดับอุตสาหกรรมที่ได้รับการทดสอบอย่างเข้มงวดและตรวจสอบความถูกต้องเพื่อรักษาการทำงานที่มั่นคงในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรง ทุกองค์ประกอบตั้งแต่เมนบอร์ด PCB ไปจนถึงตัวเก็บประจุได้รับการคัดเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมขั้นสุดท้ายได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการของการปรับใช้โรงงานขนาดใหญ่

อันดับ IP

IPCs ไม่เพียง แต่กันฝุ่นเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถกันน้ำได้ด้วย ในอุตสาหกรรมเช่นการผลิตอาหารและการแปรรูปทางเคมีอุปกรณ์อัตโนมัติและคอมพิวเตอร์ที่มาพร้อมกับมันมักจะต้องทำความสะอาดด้วยไอพ่นน้ำร้อนหรือผงซักฟอกดังนั้น IPC ส่วนใหญ่ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรวมระดับการป้องกัน IP ที่แตกต่างกันและใช้ตัวเชื่อมต่อ M12 พิเศษเพื่อป้องกันความเสียหายจากน้ำ

กรณีการใช้งานทั่วไปบางอย่างสำหรับIPC

IPC ใช้ในสถานการณ์ที่หลากหลาย กรณีการใช้งานทั่วไปบางกรณี ได้แก่ :

การประสานงานกระบวนการ

ในรูปแบบผู้ผลิตผู้บริโภคกระบวนการหนึ่งรับผิดชอบการผลิตข้อมูลและกระบวนการอื่นมีหน้าที่รับผิดชอบในการบริโภคข้อมูล ในรูปแบบผู้ผลิตผู้บริโภคกระบวนการหนึ่งมีหน้าที่ผลิตข้อมูลและอีกกระบวนการหนึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการบริโภค ด้วย IPC กระบวนการทั้งสองสามารถซิงโครไนซ์การกระทำของพวกเขาเพื่อให้แน่ใจว่าความเร็วในการผลิตและการบริโภคเหมือนกันหลีกเลี่ยงการค้างของข้อมูลหรือรอการบริโภค

การโต้ตอบกับกระบวนการภายนอก

ในสถาปัตยกรรมไคลเอนต์ เซิร์ฟเวอร์โปรแกรมไคลเอนต์สื่อสารกับเซิร์ฟเวอร์ผ่าน IPC เพื่อขอบริการหรือแลกเปลี่ยนข้อมูล ตัวอย่างเช่นแอปพลิเคชันแผนที่บนโทรศัพท์มือถือร้องขอข้อมูลแผนที่และข้อมูลการนำทางจากเซิร์ฟเวอร์แผนที่ผ่าน IPC เพื่อใช้ฟังก์ชั่นการวางตำแหน่งและการนำทาง

การคำนวณแบบขนาน

ในโปรเซสเซอร์แบบมัลติคอร์หรือระบบคอมพิวเตอร์แบบกระจายกระบวนการหรือเธรดหลายอย่างที่ทำงานแบบขนานจำเป็นต้องสื่อสารและแบ่งปันข้อมูลผ่าน IPC เพื่อใช้ประโยชน์จากข้อดีของการคำนวณแบบขนานอย่างเต็มที่และปรับปรุงประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของการคำนวณ

การซิงโครไนซ์ระหว่างกระบวนการ

ปริมาณสัญญาณการล็อคการยกเว้นซึ่งกันและกันและตัวแปรเงื่อนไขในกลไก IPC สามารถใช้เพื่อประสานการเข้าถึงกระบวนการหลายกระบวนการไปยังทรัพยากรที่ใช้ร่วมกัน ตัวอย่างเช่นเมื่อกระบวนการหลายกระบวนการเข้าถึงฐานข้อมูลในเวลาเดียวกันล็อค Mutex ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระบวนการเดียวเท่านั้นที่สามารถเขียนลงในฐานข้อมูลได้ในแต่ละครั้งป้องกันความขัดแย้งข้อมูลและความไม่สอดคล้องกัน

ข้อดีของIPC

IPC ช่วยให้การสื่อสารและการแบ่งปันทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างกระบวนการซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นของระบบซอฟต์แวร์อย่างมาก โดยการประสานงานการดำเนินงานของหลายกระบวนการจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจัดสรรทรัพยากรของระบบและบรรลุประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีขึ้น นอกจากนี้ยังเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างระบบแบบกระจายสนับสนุนการทำงานร่วมกันของทรัพยากรในคอมพิวเตอร์และเครือข่าย ในเวลาเดียวกัน IPC ให้ความเป็นไปได้ในการใช้การซิงโครไนซ์ที่หลากหลายและในเวลาเดียวกัน IPC ยังให้ความเป็นไปได้ในการตระหนักถึงการซิงโครไนซ์และโปรโตคอลการสื่อสารที่หลากหลายและวางรากฐานสำหรับการสร้างสถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อน

บทสรุป

IPC ในฐานะเทคโนโลยีหลักของการสื่อสารระหว่างกระบวนการในระบบคอมพิวเตอร์มีบทบาทที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในการปรับปรุงฟังก์ชั่นซอฟต์แวร์ประสิทธิภาพของระบบให้เหมาะสมและรองรับการคำนวณแบบกระจาย ด้วยการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์คอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมใช้เทคโนโลยี IPC ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่รุนแรงเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมและสาขาอื่น ๆ ที่มั่นคง ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ IPC จะยังคงพัฒนาและให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับระบบคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนและอัจฉริยะมากขึ้นในอนาคต สำหรับผู้ที่ชื่นชอบเทคโนโลยีและมืออาชีพความเข้าใจในเชิงลึกเกี่ยวกับหลักการและแอพพลิเคชั่นของ IPC จะช่วยให้ตระหนักถึงฟังก์ชั่นที่มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการพัฒนาซอฟต์แวร์และการออกแบบระบบ