TIL 컴퓨터 공학 기초

김동찬·2021년 9월 9일

컴퓨터 공학 기초

오늘 세션 일정은 페어시간이 아닌 솔로 시간이라 블로깅으로 공부한 내용을 간단하게 정리 해볼려고 합니다.
공부한 내용을 기록하는 부분도 있고, 다시한번 복습하는 의미를 두고 블로깅을 남길려고 한다.

문자열

옛날엔 영어의 경우 알파벳 하나가 몇 바이트인가요?? 라는 질문에 1바이트를 차지하는 시절이 있었지만,글로벌 시대에는 유니코드를 사용해야 텍스트를 정확하게 저장을 할 수가있다. 프로그래밍 언어 마다 문자열을 저장하는 자료형이 다 다르므로, 이제는 이 자료형이 차지하고 있는 바이트 라고 말하는게 좋을 것 같다.

유니코드

유니코드(Unicode)는 유니코드 협회(Unicode Consortium)가 제정하는 전 세계의 모든 문자를 컴퓨터에서 일관되게 표현하고 다룰 수 있도록 설계된 산업 표준입니다. 이 표준에는 ISO 10646 문자 집합, 문자 인코딩, 문자 정보 데이터베이스, 문자를 다루기 위한 알고리즘 등을 포함하고 있습니다.

ASCII 문자

영문 알파벳을 사용하는 대표적인 문자 인코딩으로 7 비트로 모든 영어 알파벳을 표현할 수 있습니다. 52개의 영문 알파벳 대소문자와, 10개의 숫자, 32개의 특수 문자, 그리고 하나의 공백 문자를 포함합니다.

유니코드는 ASCII를 확장한 형태입니다.

UTF-8과 UTF-16의 차이점

UTF-8과 UTF-16은 인코딩 방식의 차이를 의미합니다. UTF-8은 Universal Coded Character Set + Transformation Format – 8-bit의 약자로, UTF- 뒤에 등장하는 숫자는 비트(bit)입니다.

운영 체제

시스템 자원 관리

운영체제가 없다면, 응용 프로그램이 실행될 수 없습니다. 응용 프로그램은 컴퓨터를 이용해 다양한 작업을 하는 것이 목적인고, 운영체제는 응용 프로그램이 하드웨어에게 일을 시킬 수 있도록 도와줍니다. 하드웨어를 구성하는 일을 하는 CPU, 자료를 저장하는 RAM, 디스크 등의 시스템 자원을 관리하는 주체가 바로 운영체제입니다.

프로세스 관리(CPU)
메모리 관리
I/O(입출력) 관리 (디스크, 네트워크 등)

응용 프로그램 관리

모든 응용 프로그램이 시스템의 자원을 마음대로 사용한다면, 해커에 의한 공격에 무방비한 상태가 됩니다. 악의적인 목적을 가진 프로그램이 디스크의 모든 민감한 정보에 접근하거나, 내 스마트폰의 특정 앱이 카메라를 아무때나 실행해서 촬영한다고 생각하면 끔찍합니다. 따라서, 응용 프로그램은 권한에 대한 관리가 필요합니다. 또한 여러 사람이 하나의 기기를 사용하는 경우에는 사용자를 관리하는 일도 매우 중요합니다.

응용 프로그램이 실행되고, 시스템 자원을 사용할 수 있도록 권한과 사용자를 관리합니다.

프로세스(Process)

운영체제에서는 실행 중인 하나의 애플리케이션을 프로세스라고 부릅니다. 사용자가 애플리케이션을 실행하면, 운영체제로부터 실행에 필요한 메모리를 할당 받아 애플리케이션의 코드를 실행합니다. 이때 실행되는 애플리케이션을 프로세스라고 부릅니다. 예를 들어 Chrome 브라우저를 두 개 실행하면, 두 개의 프로세스가 생성됩니다. 이렇게 하나의 애플리케이션은 여러 프로세스(다중 프로세스)를 만들기도 합니다.

스레드(Thread)

스레드는 사전적 의미로 한 가닥의 실이라는 뜻입니다. 한 가지 작업을 실행하기 위해 순차적으로 실행한 코드를 실처럼 이어 놓았다고 해서 유래된 이름입니다. 하나의 스레드는 코드가 실행되는 하나의 흐름이기 때문에, 한 프로세스 내에 스레드가 두 개라면 코드가 실행되는 흐름이 두 개 생긴다는 의미입니다.

멀티 스레드(Multi Thread)

멀티 태스킹은 두 가지 이상의 작업을 동시에 처리하는 것을 의미합니다. 운영체제는 멀티 태스킹을 할 수 있도록, 프로세스마다 CPU 및 메모리 자원을 적절히 할당하고 병렬로 실행합니다.

멀티 프로세스가 애플리케이션 단위의 멀티 태스킹이라면, 멀티 스레드는 애플리케이션 내부에서의 멀티 태스킹이라고 할 수 있습니다.

멀티 스레드는 다양한 곳에서 사용됩니다. 대용량 데이터의 처리시간을 줄이기 위해 데이터를 분할하여 병렬로 처리하는 데에 사용할 수도 있고, UI를 가지고 있는 애플리케이션에서 네트워크 통신을 하기 위해 사용할 수도 있습니다. 그리고 여러 클라이언트의 요청을 처리하는 서버를 개발할 때에도 사용됩니다.

장점

프로세스를 이용하여 동시에 처리하던 일을 스레드로 구현할 경우, 메모리 공간과 시스템 자원의 소모가 줄어듭니다. 스레드 간의 통신이 필요한 경우에도 별도의 자원을 이용하는 것이 아니라, 전역 변수의 공간 또는 동적으로 할당된 공간인 Heap 영역을 이용합니다. 따라서, 프로세스 간 통신 방법(IPC)에 비해 스레드 간의 통신 방법이 훨씬 간단합니다. 시스템의 처리량(Throughput)이 향상되고 자원 소모가 줄어들어 자연스럽게 프로그램의 응답 시간이 단축됩니다. 이런 장점 때문에 여러 프로세스로 할 수 있는 작업을 하나의 프로세스에서 스레드로 나눠 수행합니다.

단점

멀티 프로세스 기반으로 프로그래밍할 때에는 프로세스 간 공유하는 자원이 없습니다. 따라서 동일한 자원에 동시에 접근하는 일이 없었지만, 멀티 스레딩을 기반으로 프로그래밍할 때에는 공유하는 자원에 대하여 고민이 필요합니다. 서로 다른 스레드가 같은 데이터에 접근하고, 힙 영역을 공유하기 때문에 서로 다른 스레드가 서로 사용중인 변수나 자료구조에 접근하여 엉뚱한 값을 읽어오거나 수정하는 일이 발생할 수 있습니다.

그렇기 때문에 멀티스레딩 환경에서는 동기화 작업이 필요합니다. 동기화를 통해 작업 처리 순서를 제어하고, 공유 자원에 대한 접근을 제어해야 합니다.