yeardream25week01-part01
IT 리터러시와 컴퓨터 구조
컴퓨터의 이해
기계어, 프로그래밍 언어, 컴파일링
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컴퓨터의 동작 방식
: 키보드와 마우스같은 입력 장치로 명령어를 입력하면 컴퓨터가 이를 실행해줌 -
언어의 구분
- 자연어 : 인간이 사용하는 언어 ex)한국어, 영어...
- 프로그래밍 언어
- 고급언어 : High-Level Language
: 인간이 사용하기 쉬운 언어
ex) Python, JAVA, JavaScript - 중간 수준 언어 : Mid-level Language
: 실행 속도가 빠르며, 하드웨어 제어가 가능하고, 비트 연산이나 메모리 조작 등 어셈블리어와 비슷한 기능을 제공해서 C언어를 어셈블리어와 혼동하는 경우가 있음. - 어셈블리어 : Low-Level Language
: 기계어와 일대일 대응이 가능한 언어
: 어셈블러를 통해 기계어로 변환
ex) GASGAS(GNU Assembler) - AT&T 문법
NASM(Netwide Assembler) - Intel 문법
MASM(Microsoft Macro Assembler) - Intel 문법 ... - 기계어 : 이진수로 이루어진 컴퓨터 언어
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컴파일러 vs 인터프리터
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컴파일러(compiler)
실행과정 Ex) C언어
1) 코드 작성
2) 전처리(Preprocessing)
3) 컴파일(compile) : C -> 어셈블리어
4) 어셈블(Assemble) : (실행되진 않지만)실행하려는 목적을 가지고 프로그래밍(.O)
5) 링크(Linking)
6) 실행(Execution)- 전체 파일을 스캔하여 한꺼번에 번역한다.
- 초기 스캔시간이 오래 걸리지만, 한 번 실행 파일(오브젝트 코드)이 만들어지고 나면 빠르다.
- 기계어 번역과정에서 더 많은 메모리를 사용한다.
- 전체 코드를 스캔하는 과정에서 모든 오류를 한꺼번에 출력해주기 때문에 실행 전에 오류를 알 수 있다.
- 컴파일러를 사용하는 대표적인 언어로 C, C++, JAVA 등이 있다.
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인터프리터(interpreter)
실행과정 Ex) Python
1) 소스코드 작성
2) 토큰을 구문 트리로 변환
3) (선택적) 바이트 코드 생성
4) 프로그램 실행- 프로그램 실행시 한 번에 한 문장씩 번역한다.
- 한번에 한문장씩 번역후 실행 시키기 때문에 실행 시간이 느리다.
- 컴파일러와 같은 오브젝트 코드 생성과정이 없기 때문에 메모리 효율이 좋다.
- 프로그램을 실행시키고 나서 오류를 발견하면 바로 실행을 중지 시킨다. 실행 후에 오류를 알 수 있다.
- 인터프리터를 사용하는 대표적인 언어로 Python, Ruby, Javascript 등이 있다.
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컴퓨터의 구성
컴퓨터 전체 동작 흐름
1) 입력 장치에 데이터와 명령어 입력
2) CPU와 메모리로 데이터 전달
3) CPU에서 레지스터 및 산술 논리 연산 장치를 통해 명령어 수행
4) 처리 결과를 출력 장치로 전달.
메모리
: 컴퓨터는 메모리에 저장된 위치 주소를 참조해서 데이터를 식별함
(우편 시스템의 주소와 우편 번호를 생각하면 좋음)
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메모리 계층 구조(Memory Hierachy)
: 상위 계층의 저장장치일수록 데이터 접근 빈도가 높고, 처리속도가 빠르며, 가격이 비싸며 용량이 작다.
(= 하위 계층의 저장장치일수록 처리속도가 비교적 느린 대신 가격이 저렴하고 용량이 크며, 데이터 접근 빈도가 낮은 데이터를 보관한다.)구분 RAM ROM 명칭 Random Access Memory Read-only Memory 개요 실시간으로 사용하는 정보를 저장하고 빠르게 접근할 수 있도록 하는 시스템의 단기 데이터 저장소 컴퓨터 구동을 위한 기본적인 데이터가 담긴 장기 데이터 저장소 쓰기 읽고 쓰기 가능 읽기만 가능 처리속도 빠른 처리 속도 느린 처리 속도 가격 비싼 가격 싼 가격 -
주기억장치 : 현재 실행되고 있는 데이터와 명령어를 저장
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RAM
- SRAM(Static RAM)
: 전원이 공급되는 동안만 내용을 저장 - DRAM(Dynamic RAM)
: capacitor를 이용해 전하를 축적함
: 전원이 끊기면 저장된 데이터는 사라짐 - SDRAM(Synchronous DRAM)
: 전원이 공급되는 동안만 내용을 저장
- SRAM(Static RAM)
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ROM
- Mask ROM (Mask Read Only Memory)
: 제조 공정에서 데이터를 기록하여 데이터를 읽기만 가능 - PROM(Programmable ROM)
: 사용자가 데이터를 한 번 기록할 수 있음 - EPROM(Erasable PROM)
: 기록한 데이터를 지우고 쓸 수 있음 - EEPROM(Electrically EPROM)
: 전기를 통해 데이터를 지우고 쓸 수 있음
- Mask ROM (Mask Read Only Memory)
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보조기억장치 : 전원이 꺼져도 지워지지 않아야 할 데이터를 저장하는 기억장치.
Ex) SSD(Solid State Driver, USB, CD-ROM...
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CPU(Central Processing Unit)
: 데이터와 명령어를 처리하는 제어 장치, 프로세서(Processor) 라고도 함
: CPU의 성능은 클럭 속도와 코어 수로 결정됨
클럭 속도 (Clock Speed)
: CPU가 초당 처리할 수 있는 연산 속도 (GHz 단위)
코어 수 (Cores)
: CPU 내에서 독립적으로 연산을 수행하는 단위 (듀얼코어, 헥타코어...)
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CPU의 동작 흐름
Fetch(인출) : 메모리로부터 명령어 인출
→ Decode(해석) : 앞에서 받은 명령어 해석 후 필요한 정보 저장
→ Excute(실행) : 명령어 수행 후 결과 저장
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구성
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산술 논리 연산 장치(Arithmetic and Logical Unit)
: 산술 연산과 논리 연산을 계산하는 디지털 회로논리 연산
: 참/거짓(True/False) 두 가지 값으로 수행하는 연산
: 논리곱(AND), 논리합(OR), 부정(NOT)을 가장 많이 사용- 가산기(Adder) : 덧셈 연산을 수행하는 논리 회로
- 보수기(Complementor) : 2의 보수를 계산해주는 논리 회로
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레지스터(Register)
1) ALU 연산을 지원하는 역할
: ALU의 산술 및 논리 연산 수행을 직접 지원함.- 누산기(Accumulator) : 연산 중 중간 결과나 최종 결과를 저장.
- 플래그 레지스터(Flag Register) : ALU의 연산 결과에 따라 상태(오버플로우, 부호 캐리 등)를 기록함
- 임시 레지스터(Temporary Register): 계산 중 임시 데이터를 보관.
2) CPU 전반을 지원하는 역할
: ALU와 간접적으로 작용하며 CPU의 실행 흐름과 데이터를 지원함.- 프로그램 카운터(Program Counter, PC) : CPU가 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장.
- 명령어 레지스터(Instruction Register, IR) : 현재 실행 중인 명령어를 저장.
- 메모리 주소 레지스터(Memory Address Register, MAR) : 주기억 장치에서 데이터를 읽거나 쓸 때 사용하는 메모리 주소를 저장.
- 메모리 데이터 레지스터(Memory Data Register, MDR) : 메모리와 CPU 간의 데이터 전송에 사용. MAR이 지정한 주소에서 읽은 데이터를 보관하거나, 메모리에 저장할 데이터를 보관.
3) 입출력(I/O)을 지원하는 레지스터
: CPU가 외부 장치와 통신할 때 사용하는 레지스터.- 입출력 주소 레지스터(I/O Address Register) : 특정 입출력 장치(I/O Device : 키보드, 모니터, 프린터...)의 주소를 저장하여 CPU가 해당 장치와 통신하도록 도움.
- 입출력 버퍼 레지스터(I/O Buffer Register) : 입출력 장치와 데이터 교환(읽은 데이터 / 보낼 데이터 보관)을 수행할 때 데이터를 임시 저장.
4) 스택 관련 레지스터
: 스택 메모리를 사용하는 작업을 지원하는 레지스터스택 메모리
: 함수 호출, 리턴, 로컬 변수 저장 등에 사용되며, 스택 포인터는 스택의 데이터 삽입(PUSH) 및 제거(POP)를 관리함- 스택 포인터(Stack Pointer, SP) : 스택의 최상단(top)을 가리키는 주소를 저장
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제어장치(Control Unit)
: 처리할 명령어를 해독 및 실행하며 CPU의 전체적인 흐름을 제어- 명령어 레지스터(Instructionb Register) : 처리할 명령어를 기억하는 레지스터
- 디코더(Decoder) : 명령어 레지스터로부터 받은 명령어를 해석하는 명령어 해독기
- 메모리 주소 레지스터(Memory Address Register) : 기억장치에 저장된 데이터의 주소를 임시로 저장하는 레지스터
- 메모리 버퍼 레지스터(Mewmory Buffer Register) : 기억장치에서 읽어온 데이터 자체를 임시로 저장하는 레지스터
- 프로그램 카운터(Program Counter) : 다음에 실행할 명령어 주소를 기억하는 레지스터
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입출력장치
- 입력장치 : 사용자가 원하는 데이터와 명령어를 컴퓨터에 전달함
- 출력장치 : 컴퓨터의 처리 결과를 사용자에게 전달함
시스템 버스와 메인보드
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시스템 버스
: 컴퓨터 시스템 내에서 신호를 전송하는 경로
: CPU, 메모리, 입출력장치 등 모든 장치는 시스템 버스를 통해 데이터를 주고받음- 시스템 버스의 종류
- 데이터 버스(Data Bus): 데이터 전송에 사용.
- 주소 버스(Address Bus): 메모리 및 장치의 주소를 전달.
- 제어 버스(Control Bus): 데이터의 흐름을 제어.
- 시스템 버스의 종류
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메인보드
: 컴퓨터 장치들을 시스템 버스를 통해 물리적으로 연결하는 역할.
운영체제
운영체제(Operating System : OS)의 정의
: 하드웨어와 소프트웨어를 관리하고 제어하는 소프트웨어
- 하드웨어 : 컴퓨터 시스템에 물리적으로 존재하는 모든 부품
- 소프트웨어 : 사용자의 요구에 따라 컴퓨터 시스템에서 작동하는 프로그램
- 응용 소프트웨어
: 특정 작업을 수행하기 위해 설치하는 소프트웨어
Ex) 웹 브라우저, Word, Excel, 게임 등- 시스템 소프트웨어
: 하드웨어와 상호작용하며 컴퓨터 시스템을 관리해주는 소프트웨어
Ex) 운영체제, 컴파일러, 인터프리터 등
: 컴퓨터의 자원(resource)을 효율적으로 관리해주는 프로그램
프로그램
: 특정 목적을 위해 실행 순서를 정해둔 명령어들의 집합
운영체제의 종류로는 Window, Mac, Linux 등이 있다.
운영체제의 역할
1) 메모리 관리
: 프로그램 실행 시 메모리 공간을 효율적으로 할당하고 보호하는 과정
: 프로그램은 논리 주소를 사용하여 실행되는데, 운영체제는 이를 물리 주소로 변환하고, 적절한 위치에 데이터를 저장함.
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메모리 할당 (Memory Allocation)
: 프로그램이 실행될 때 메모리의 일정 공간을 제공해 주는 것.메모리 공간 해제 : 프로그램이 작업을 마치면 할당을 마치고 메모리 공간을 비워줘야 함
메모리 보호 : 할당된 동안에는 프로그램끼리 서로의 메모리 공간을 침범하지 못함
연속 할당 (Continuous allocation)
: 연속돼있는 메모리 공간을 제공
=> 빠르고 관리가 쉬우나, 메모리 여유공간을 많이 요구함
불연속 할당 (Noncontinuous allocation)
: 메로리 공간을 무작위(연속적이지 않은 순서)로 할당
=> 여유공간을 줄여 메모리를 효율적으로 활용할 수 있으나, 관리가 복잡함 -
메모리 분할
: 여러 개의 프로그램을 동시에 적재하기 위해 메모리 공간을 여러 개로 나누는 기법- 고정 분할
: 메모리 공간을 일정 길이로 분할하는 방식
: 관리가 간단하나 메모리 공간 낭비가 많이 생김 - 가변 분할
: 메모리 공간을 유동적 길이로 분할하는 방식
: 메모리 공간 낭비가 적으나 관리가 복잡함
메모리 분할 문제
- 외부 단편화
: 메모리 공간이 남지만 연속적이지 않아서 사용할 수 없는 경우 발생하는 문제- 고정 분할에서의 외부 단편화 예시
: 고정길이 3으로 분할된 빈 메모리 공간에서,
5의 길이를 필요로 하는 프로그램에 공간을 할당해줄 수 없는 경우 - 가변 분할에서의 외부 단편화 예시
: 가변 분할 기준에서 최소 길이나 최대 길이에 제한이 있는 경우, (드물게) 해당 길이 제한을 초과하거나 미달하는 경우
- 고정 분할에서의 외부 단편화 예시
- 내부 단편화
: 할당해준 메모리 공간 중 일부를 사용하지 않는 경우 메모리가 낭비되는 문제- 고정 분할에서의 내부 단편화 예시
: 고정길이 3으로 분할된 빈 메모리 공간에서,
1이나 2의 메모리를 필요로 하는 프로그램에도 3의 길이의 메모리를 할당해줘야 하는 경우 - 가변 분할에서의 내부 단편화 예시
: 가변길이의 단위가 2인 경우, 홀수(1,3,5...) 길이의 프로그램에 2,4,6... 길이의 메모리 공간을 할당해줘야 하는 경우
- 고정 분할에서의 내부 단편화 예시
- 고정 분할
2) 프로세스 관리
: 프로세스가 실행되는 순서를 관리
멀티태스킹
: 여러 개의 작업을 동시에 실행하는 것으로, 프로세스 스케쥴링을 통해 가능함
3) 사용자 인증, 방화벽 등 보안 및 인증 관리
4) 네트워크 자원 관리
5) 파일과 디렉터리를 생성, 복사, 삭제하는 파일 시스템 관리
6) 입출력 작업과 입출력 장치의 관리
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메모리 관리 방식
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스와핑(Swapping)
- 프로세스 스와핑
: 메모리에 공간이 부족할 때, 사용 빈도가 적은 프로세스를 잠시 하드디스크로 옮겨놓는 방법
: 하드 디스크와 메모리 간에 프로세스 단위의 전환이 자주 일어나는 것은 비효율적이며 단편화가 발생할 위험이 높음.
- 프로세스 스와핑
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요구 페이징(Demand Paging)
: 페이지 단위의 스와핑
: 메모리를 페이지 단위로 나누어 프로그램을 여러 조각으로 분할하고, 요청이 있을 때 페이지 테이블에서 해당 페이지를 메모리에 로드함.
: 자주 사용하는 데이터를 실제 물리 메모리에 저장하여 빠르게 접근할 수 있도록 함. 이 때 실제 물리 메모리는 비교적 속도가 느린 하드 디스크의 캐시 역할을 하게 됨.
: 고정 단위로 페이지를 분할하기 때문에 내부 단편화 문제가 발생할 수 있음페이지 테이블
: 가상 메모리(논리 주소)와 물리 메모리(물리 주소)를 매핑하는 표- 페이지(Page)
: 메모리를 일정한 크기로 나눈 작은 단위
캐시(Cache)
: 자주 사용하는 값이나 데이터를 임시로 복사해놓는 장소
: 반복해서 자주 사용하는 데이터를 빠르게 접근할 수 있어 컴퓨터의 성능을 향상시킴 - 페이지(Page)
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세그먼테이션(Segmentation)
: 프로그램을 논리적으로 나눈 세그먼트 단위(코드, 데이터, 스택 등)로 메모리에 할당함.
: 이 때, 세그먼트는 가변 크기의 단위이므로 각 세그먼트의 크기는 서로 다를 수 있음 -
페이징 + 세그먼테이션
: 세그먼테이션 방식으로 나눈 데이터를 페이지 단위에 따라 분할하는 방식
: 두 방식의 장점을 결합한 방식이나, 세그먼트 테이블과 페이지 테이블, 총 두 테이블을 거치는 단계가 필요하므로 속도가 느려질 수 있음
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운영체제의 구성
: 애플리케이션은 응용 소프트웨어이므로 실제 운영체제의 범위는 쉘까지임
메모리
가상 메모리(Virtual Memory)
: 가상 메모리는 실제 주소(물리적 주소)가 아닌 가상의 주소(논리적 주소)로 메모리를 관리함
- 주소 바인딩 : 프로세스가 사용하는 논리적 주소와 실제 메모리의 물리적 주소를 서로 연결해주는 과정
: 실제 물리 메모리 용량이 부족할 경우, 프로그램이 실제로 실행되는 부분만 메모리에 저장하여 물리 메모리 크기보다 큰 프로그램을 실행할 수 있도록 해줌.
=> 사용자 입장에서는 실제 메모리 크기보다 더 큰 메모리를 사용하는 것처럼 보임
- 장점
- 정보보호 : 프로세스가 실제 메모리 주소를 모르기 때문에, 메모리 주소를 악용(강제 침범 등...)하는 것이 불가능함
- 연속 주소 제공 : 물리적인 메모리 주소가 서로 독립적으로 존재하는 경우에도, 메모리 공간을 추상화하여 전체 메모리 공간의 논리적 연속성을 확보할 수 있음
- 개발 편의성 향상 : 개발자가 물리 메모리의 배치를 고려하지 않고 개발할 수 있고, 메모리 할당 함수를 사용하는 과정이 단순화됨
- 성능 최적화 : 메모리 할당 시 여러 물리 메모리에 분산해서 저장하는 것이 가능하며, 실제 메모리 크기보다 큰 프로그램을 실행할 수 있고, 가상 메모리 내부에서 유연하게 프로세스를 확장하는 것이 가능함.
프로세스
: 운영체제로부터 실행을 위해 필요한 자원을 할당받아 운영체제 안에서 실행 중인 프로그램.
- 싱글 프로세스 : 하나의 프로세스만 실행
- 멀티 프로세스 : 여러 개의 프로세스가 독립적인 메모리 공간에서 실행
정적 할당과 동적 할당
| 구분 | 정적(Static) 할당 | 동적(Dynamic) 할당 |
|---|---|---|
| 설명 | : 프로그램 실행 전 미리 메모리를 할당함 | : 프로그램 실행 도중에 메모리를 할당함 |
| : 실행 전 할당받은 메모리 크기가 실행 중 변하지 않음 | : 실행 도중에 할당받을 크기가 변할 수 있음 | |
| 장점 | 프로그램 실행 중 메모리를 할당받는 과정이 없어 속도가 빠름 | 실행에 필요한 메모리 크기를 실행 중 변경 가능해서(가변적) 필요한 만큼의 메모리만 사용할 수 있음 |
| 데이터 크기가 늘어났을 때 추가로 메모리를 할당받을 수 있음 (코드를 변경하지 않아도 됨) | ||
| 단점 | 잉여 메모리가 발생하여 자원의 낭비가 이루어질 수 있고, 데이터 크기가 커질 경우 코드를 수정해야 함 | 실행에 필요한 메모리 크기를 예측해야 하고 예측한 크기를 실행 중에 바꿀 수가 없어서, 실제 데이터 크기에 비해 많은 메모리를 요구함 |
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프로세스의 메모리 구조
- 코드(Code): 프로그램 명령어 저장
- 데이터(Data): 전역 변수와 정적 변수 저장
- 힙(Heap): 동적 메모리 할당 (필요할 때마다 메모리 확보)
- 스택(Stack): 지역 변수, 함수 호출 정보 저장 (임시적 저장공간)
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커널(Kernel)
: 하드웨어와 소프트웨어(Application)의 인터페이스
: 프로세스 스케쥴링, 메모리 관리, 입출력 제어 등 운영체제의 핵심 기능을 담당하는 소프트웨어 -
쉘(Shell)
: 커널과 사용자 간의 인터페이스, 명령어 해석기라고도 불림
Ex) dash, cmd, Powershell...
: 사용자가 입력한 명령어를 해석하여 커널에 전달하고, 커널이 실행한 결과는 사용자에게 출력하는 소프트웨어
=> 서로 다른 프로세스가 동시에 자원에 접근했을 때 발생할 수 있는 동기화 문제 등을 관리해줌
프로세스의 상태
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프로세스의 상태 전이도
1) 생성(New/Created) 상태
: 메모리에 프로그램이 로드되어 프로세스가 생성된 상태
2) 준비(Ready) 상태
: 언제든 실행할 수 있는 상태의 프로세스들이 우선 순위대로 준비 리스트에 들어가서 CPU 할당을 기다리고 있는 상태
3) 실행(Running) 상태
: CPU가 할당된 프로세스들이 실제 작업(명령어)를 수행하는 상태
4) 대기(Blocked/Waiting) 상태
: 진행 중인 프로세스가 특정 작업(자원)/이벤트를 진행하기 위해서 잠시 대기하는 상태
: 대기 상태의 프로세스들은 블록 리스트에 들어가 있으며, 해당 작업이 끝나면 다시 Ready로 돌아감4-1) 지연 준비 상태(Suspended Ready)
: 프로세스가 메모리 부족 등으로 인해 디스크로 Swap-out(스왑 아웃)되어 일시적으로 활동 중단된 상태
: Ready 상태로 돌아갈 준비는 끝났지만, 아직 메모리 자원이 다시 할당되지 않았기 때문에 CPU에 접근할 수 없음
: 메모리가 다시 확보되면, 프로세스는 Swap-in(스왑 인)되어 Ready 상태로 전환됨4-2) 지연된 대기 상태(Suspended Block)
: 프로세스가 I/O 작업 또는 이벤트 처리를 기다리는 중에 메모리가 부족해 디스크로 Swap-out된 상태.
: Blocked(대기 상태)에 있었지만, 메모리 자원을 잃었기 때문에 완전히 중단된 상태.
: 필요 조건(예: I/O 작업 완료 및 메모리 회수)이 충족되면, Suspended Ready로 전환되고 다시 Ready Queue로 돌아갈 준비를 함.5) 종료(Terminated) 상태
: 모든 명령어가 완료된 상태
: 이후 프로세스가 메모리에서 삭제됨 -
프로세스의 상태 전이
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Dispatch (Ready → Running)
: 준비 큐(Ready Queue)에 있는 프로세스 중 하나를 선택하여 CPU를 할당하는 과정.
Ex) CPU가 대기 상태에서 가장 우선순위가 높은 작업(프로세스)을 실행하도록 선택.
목적: CPU가 할당되어 실행 상태로 전환. -
Interrupt (Running → Ready)
: 프로세스가 CPU 사용 시간을 초과(Time Slice 경과)하거나 인터럽트 발생 시 CPU에서 내려오고 다시 준비 상태로 전환됨.
Ex) 하나의 작업이 너무 오래 실행되지 않도록 하여 다른 프로세스가 CPU를 사용할 기회를 얻음 (공정성 확보).
목적: CPU 독점 방지, 공정한 자원 분배 -
Block (Running → Waiting)
: 실행 중인 프로세스가 입출력(I/O) 등 추가 자원을 요청하면서 대기 상태로 전환됨.
Ex) 파일을 읽거나 네트워크 데이터를 수신하는 작업을 요청하면 프로세스는 Wait 상태로 전환.
목적: I/O 작업 완료를 기다리는 동안 CPU를 다른 작업에 할당하기 위함. -
Wake-Up (Waiting → Ready)
: 대기 중인 프로세스가 I/O 작업 또는 이벤트 처리가 완료되면 다시 준비 큐로 이동하여 Ready 상태가 됨.
Ex) 네트워크 데이터 수신이 완료되었을 때 해당 프로세스가 다시 준비 상태로 돌아감(Ready 큐의 뒤에 추가됨).
목적: 작업 준비가 완료된 프로세스가 다시 CPU를 요청할 수 있도록 함. -
Swap-Out (Ready 또는 Waiting → Suspended)
: 메모리 부족 등의 이유로 커널이 프로세스를 디스크로 이동(Swap-out)하여 메모리를 회수하는 과정.
Ex) 실행 대기 중이거나 대기 상태에 있는 프로세스가 디스크로 옮겨지고, 메모리가 다른 작업에 할당.
목적: 메모리 자원을 효율적으로 관리하고, 필요한 프로세스에 메모리 재할당. -
Swap-In (Suspended → Ready 또는 Waiting)
: 디스크에 있던 프로세스가 다시 메모리로 로드(Swap-in) 되어 활동 상태로 돌아오는 과정.
Ex) 메모리에 공간이 확보되면 준비 상태 또는 대기 상태로 복귀.
목적: 프로세스가 메모리에 복귀하여 실행 대기 또는 작업을 완료할 수 있도록 함. -
Exit (Running → Terminated)
: 프로세스의 작업이 정상적으로 완료되거나 오류 등으로 종료될 때 발생.
Ex) 프로그램 실행이 끝나거나, 예외 상황 발생으로 비정상 종료될 때.
목적: 완료된 프로세스를 메모리에서 제거하여 자원을 회수.
Context Switching (문맥 교환)
- 상태 전이가 발생할 때, 프로세스의 현재 작업 정보를 저장하고 새로운 프로세스의 작업 정보를 로드하는 과정.
- 주로 Dispatch, Interrupt, Block 시기에 발생.
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스레드
: 프로세스 내 실행되는 작업의 단위
: 하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드로 구성
- 싱글 스레드 : 하나의 작업을 완료할 때 까지 다른 작업을 수행하지 않음
- 멀티 스레드 : 여러 개의 스레드가 동시에 작업을 수행
멀티 프로세스 vs 멀티 스레드
- 멀티 프로세스
: 여러 개의 개별 프로세스가 서로 다른 메모리 공간과 리소스를 할당받아 각자 독립적으로 작업들을 동시에 처리하는 것
- 각 프로세스들이 서로 독립적이기 때문에 특정 프로세스의 오류가 다른 프로세스에 영향을 주지 않고 안정적이나, 프로세스 간 자원 공유가 어려우며 메모리 사용량이 많음
- 멀티 스레드
: 한 프로세스 내에서 여러 개의 스레드가 서로 메모리와 자원을 공유하며 작업을 동시에 처리하는 것
- 메모리와 리소스를 공유하여 처리속도가 빠르고 효율적이지만, 일부 스레드에서 문제가 발생했을 때 전체 프로세스가 중단될 위험이 있음
프로세스 간 통신 (IPC, Inter-Process Communication)
: 독립적인 프로세스들 간에 서로 데이터를 주고받는 것
: 프로세스들 간에 통신이 필요한 경우 운영체제(OS)가 정한 통신규칙임
IPC(프로세스 간 통신) 방식
- 메시지 큐(Message Queue)
: 운영체제가 큐 형태의 저장소에 데이터들을 넣어놓고 관리하는 방식. 각 프로세스들이 메시지 큐에서 데이터를 찾아와 운용할 수 있음 - 공유 메모리(Shared Memory)
: 메모리 일부를 여러 프로세스들이 사용할 수 있는 공유 메모리로 만드는 방식. 한 저장소 내에서 데이터를 그대로 사용하는 방식이라 동작 속도가 빠르지만 리소스 충돌의 위험이 있음. - 소켓(Socket)
: 프로세스들이 서로 다른 네트워크에 있을 때, 통신 규약에 맞춰 데이터를 양방향으로 주고받을 수 있도록 하는 통신 방식. - 파이프(Pipe)
: 한쪽 프로세스에서 데이터를 작성(Write)하면, 다른 프로세스가 이를 읽을 수 있도록 설정하는 방식. 데이터 전달이 비교적 간단하나, 두 프로세스를 서로 동기화해야 하며 양방향도 가능하나 대부분 단방향 통신에 사용됨
프로세스 스케쥴링
: 멀티 프로세싱 상황에서 CPU가 어떤 작업을 먼저 실행할지 결정하는 작업
- 목적
- 대기 시간 최소화
- 모든 작업이 공평하게 실행되도록 함
- 시스템 전체 성능 향상
- 종류
- 선입선처리(FCFS, First Come First Served)
: 가장 먼저 들어온 프로세스부터 순서대로 처리하는 방법- 장점 : 구현이 간단하고 일괄처리가 효율적
- 단점 : 처리 속도 긴 프로세스의 경우 처리 시간이 길어짐
- 최단 작업 우선 (SJF, Shortest Job First)
: 가장 처리시간이 짧은 프로세스부터 우선 처리하는 방법- 장점 : 평균적인 대기 시간을 최소화할 수 있음
- 단점 : 처리시간이 긴 프로세스의 경우 우선순위가 계속 밀리는 기아 현상이 발생할 수 있음
- 라운드 로빈(RR, Round Robin)
: 일정한 시간을 정해두고 각 프로세스가 돌아가며 CPU를 사용할 수 있게 해주는 방식 - 장점 : 실시간 시스템에서 유리하며 처리 과정이 공평함
- 단점 : 프로세스를 계속 전환하는 추가 작업이 발생함
- 선입선처리(FCFS, First Come First Served)
교착상태(Deadlock)
: 서로 자원을 기다리며 아무 일도 못 하는 상태
- 교착상태 발생 조건 4가지
- 상호배제(Mutual Exclusion) : 자원을 동시에 둘 이상 사용할 수 없음
- 점유대기(Hold and Wait) : 일부 자원을 가지고 있는 상태에서 다른 자원을 기다림
- 비선점(no Preemption) : 자원을 강제로 빼앗을 수 없음
- 순환대기(Circular Wait) : 서로 자원을 기다리며 꼬리를 무는 형태
- 교착상태 해결 방법
: 완벽한 해결책은 없으나, 시도해볼 수 있음- 자원 검사(은행원 알고리즘) : 운영체제가 자원 할당 전 미리 자원을 검사해서, 교착상태 발생 위험이 있는 경우에 할당하지 않음
- 교착상태 무시 : 교착 상태가 벌어질 확률이 희박하거나 성능 저하, 설계 어려움 등의 이유로 교착상태를 해결하지 않고 그대로 둠. 대체로 교착상태로 인해 일부 프로세스가 정지되어도 시스템 전체는 작동되게 설계돼있고, 문제가 발생하면 시스템을 재부팅하거나 종료함.
- 프로세스 종료 : 문제가 되는 프로세스를 강제종료시킴
기아상태(Starvation)
: 우선순위가 밀려서 계속 실행되지 않는 상태
- 기아상태 해결 방법
: 우선순위를 재부여하거나, 처리순서를 우선순위 외 다른 기준으로 적용- 우선순위 조정 (Aging 기법) : 오래 기다린 프로세스의 우선순위를 상향 보정해줌
- 라운드 로빈 방식 : 모든 프로세스가 서로 번갈아가며 일정 시간 동안 CPU를 사용할 수 있도록 함
- FIFO(선입선처리) 방식 적용 : 먼저 요청이 들어온 프로세스붜터 처리함
앱/웹 서비스를 위한 모든 것
웹/앱 서비스를 만들기 위한 과정과 내용
- 기획, 디자인, 개발, 배포, 유지보수
통신 프로토콜(HTTP)의 용어 정의
- HTTP(HyperText Transfer Protocol)
: 기기, 운영체제, 웹 브라우저의 종류에 상관 없이 통신할 수 있는 방식
Hyper text의 종류(형태)와 파싱
- json, xml
- 파싱(Parsing)
: 구문 분석
: 특정 규칙이 정해진 문장을 잘라내 분석하는 방법
WAS의 기본 구조
- 요청과 응답, 엔드포인트
- 비즈니스 로직과 정적/동적 웹사이트
클라이언트와 서버(FE/BE)의 관계와 기능
1요청 1응답 원칙
: 하나의 요청에는 반드시 하나의 응답만이 존재해야 한다.
클라이언트(FE)의 주요 특징
- UI/UX의 정의와 반응형
grid system
: 페이지 콘텐츠를 논리적이고 일관성 있는 질서와 구조로 디자인할 수 있도록 돕는 그래픽 시스템(그리드 형태가 됨)
GUI(Graphic User Interface)
: 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 입출력 등의 기능을 알기 쉬운 아이콘과 같은 그래픽으로 나타냄 - 서버와 관계없는 독립적 기능
- 사용자 패턴 분석을 위한 Analytics 구현
서버(BE)의 주요 특징
- 데이터 처리, 비즈니스 로직 구현
- 보안 및 사용자 인증
- REST API 설계
동기/비동기
- 동기(Synchronous) : 통신의 결과와 함께 움직임
- 비동기(Asynchronous) : 통신의 결과와 상관없이 움직임
서버 요청(FE)/응답(BE)을 위한 통신 기능
- GET : 조회
- POST : 입력
- PUT/PATCH : 같은 수정기능이지만 차이 있음
- DELETE : 삭제
-> 요청과 응답이 동일해야 함
REST API
약속되고 지정된 주소(URI : 서버에서의 특정 리소스 식별자)가지고 있고, 각 주소에 기능(함수)를 가지고 있는 형태
데이터베이스와 REST API
DB의 정의와 기본 기능
- 뷰, 스키마, 인스턴스
- 쿼리문 : INSERT, SELECT, DELETE,
- 데이터베이스 설계
데이터 타입
- 숫자 : int, float ...
- 문자 : char, String ...
- 논리 : True, False
- 시간 : Datetime ...
물리삭제 vs 논리삭제
- 물리삭제
: 데이터를 삭제해야 할 때 row를 바로 삭제해버리는 것
(SQL구조상 행 전체를 날리거나, 행 내 특정 칼럼을 수정하는 것만 가능함) - 논리삭제
: '삭제 여부'를 나타내는 별도의 컬럼을 두고 삭제되었음을 나타내는 값을 넣는 것
- 물리삭제
트랜잭션과 ACID 원칙
- 원자성(Atomicity)
- 일관성(Consistency)
- 고립성(Isolation)
- 지속성(Durability)
서버
-
서버오류 : 클라이언트(FE)와 서버(BE)가 통신이 불가능해진 상황
트래픽 : 서버 접속 시 발생하는 통신량
- 트래픽 과부하
- DB접속 오류
- 백엔드 코드의 버그
DB와 웹 서버의 연결
API
- Application Programming Interface : 프로그램(Code)끼리 대화하도록 도와주는 일
- API 요청
ex) 로그인 api, get api -국가코드에 따른 페이지 언어 변경 - 네트워크를 통한 기능 호출
- API 요청
DBMS
- Database Management System : 데이터베이스 운영관리를 위한 소프트웨어
- MySQL, Oracle, MariaDB, PostgreSQL
관계형 데이터베이스(RDBMS) vs NoSQL
- RDBMS : PK나 인덱스 등 고유값을 활용하여 연결(조인)에 유리함
- NoSQL : 기록이 단순하고 대용량 처리에 유리
라이브러리와 프레임워크
- 공통점
- 코드 재사용성: 세 가지 모두 기존의 코드나 기능을 활용하여 개발 시간을 단축하고 중복 작업을 줄이는 데 도움을 준다.
- 개발자 지원: 개발자들이 복잡한 작업을 더 쉽게 처리하거나 오류를 줄일 수 있도록 설계되었다.
- 표준화: 코드를 표준화하거나, 특정 작업을 수행하는 데 정해진 방식으로 접근할 수 있도록 가이드를 제공한다.
차이점
운영체제
| 구분 | API | 라이브러리 | 프레임워크 |
|---|---|---|---|
| 정의 | 서로 다른 소프트웨어가 통신할 수 있도록 정의된 규칙이나 인터페이스 | 반복해서 자주 사용하는 등의 특정 기능을 수행하기 위해 제공되는 코드의 모음(package라고도 함) | 애플리케이션을 개발하기 위한 구조와 규칙을 제공하는 기반 |
| 역할 | 기능 접근 통로 (규칙 제공), 서비스 간 연결 | 특정 작업을 돕는 도구 | 애플리케이션 구조를 설계하고 개발 흐름을 제어 |
| 제어권 | 호출 방식과 데이터 교환 정의 | 개발자가 원하는 부분만 호출 | 전체 애플리케이션 흐름 제어 (역제어) |
| 예시 | REST API, Windows API | React, NumPy | Angular, Spring |
-
API: 마치 레스토랑 메뉴처럼, "이 기능을 사용하려면 이렇게 요청하세요!"라고 명확히 정해진 규칙이다. 예를 들어, Google Maps API는 "내게 이렇게 요청하면 지도를 제공하겠다"는 약속을 의미한다.
-
라이브러리: 주방에 놓인 다양한 요리 도구들이다. 개발자는 필요할 때 이 도구들을 골라서 사용하면 된다. 예를 들어, Python의 NumPy는 수학 계산을 위한 도구 모음이다.
-
프레임워크: 요리 레시피와 주방 전체를 제공하는 체계라고 볼 수 있다. 개발자는 이 레시피대로 요리하며, 필요한 도구도 기본적으로 제공된다. 예를 들어, Spring은 Java 웹 애플리케이션을 만들기 위한 틀이다.
SEO : 검색엔진 최적화
- Hashtag
- Search Advisor
구글의 검색엔진 3단계
- 1. 크롤링
: 신규/수정된 웹페이지를 찾는 프로세스.
: 파싱을 통해 검색하고자 하는 정보 획득 - 2. 색인 생성
: googlebot이라는 크롤러를 통해서 크롤링 후, 알고있는 모든 페이지를 색인에 저장함.
: 이 때, 색인 항목은 해당 페이지의 콘텐츠와 위치를 명시함 - 3. 최종 검색결과 제공
- 1. 크롤링
크롤링
- 목적 : ai학습, 비즈니스 로직 등 다양한 이유로 크롤링을 활용함
- 쟁점 : 크롤러가 크롤링할 사이트에 접속 시 사이트에 트래픽이 발생하는데, 이 때 크롤링이 많이 발생할 시 트래픽 비용이 해당 웹사이트 관리자에게 청구되어 운영/유지 비용이 증대하고 속도가 저하되는 문제가 생김
-> 검색 사이트 노출 방지 방법도 있고, 크롤링 불가능한 사이트도 있음.
현업에서의 용어
- Version Control
- git, github, bitbucket
- 플로우차트
: 어떤 서비스를 만들 것인지(기획) 핵심적인 흐름을 데이터와 함께 보여주는 것
: 프로토타입 작업 등 다양한 방식 사용 - 오픈소스
: 프로젝트 전체 코드가 공개되어 활용할 수 있는 코드 소스 (https://www.olis.or.kr/)
: 라이센스 규칙을 준수하는 한도 내에서 자유롭게 사용 가능 - 클라우드 & DevOps
: 실물 서버(컴퓨터) 없이, 인터넷을 통해 활용할 수 있는 서버와 소프트웨어- 장점
- 유연하게 셋업 가능
- 사용한 만큼 비용 지불
- 운영 부담 감소
- 장점
- SaaS(Software as a Service)
: 클라우드기반의 소프트웨어 서비스- 협업, 파일 공유 등 공유가 유연함
- 소프트웨어 설치와 같은 과정을 거치지 않고 바로 사용 가능함
- 구독 형태의 비즈니스 모델을 가짐
ex) Figma, Google Docs
