❗️출처: 하이애나 블로그

• 📕CLRS원서 기준: 37 쪽~ 64 쪽
• 1.2 Programs Are Translated by Other Programs into Different Forms
• 컴파일러가 assembly language가 포함된 파일들로 바꾸어준다. 그럼 Assembler는 relocatable object를 뱉아내 주는데, 이는 재배치가 가능한, 즉 메모리의 address가 아직 정해지지 않았다는 뜻이다.

• Linker에서

  • printf 라는 C 함수는 printf.o라는 오브젝트 파일에 따로 resides in 되어있다.
  • 이미 있던 static Library(resides in 되어있는)들과 object파일을 연결시켜서 최종적인 하나의 실행파일을 만들어주는 것이다

• C에서 preproceser가 text바꿔주고, compiler가 assembly text를 만들어준다. 그리고 Assembler가 object파일(binary)만들어주면, Linker가 연결시켜줌

• 1.3 It Pays to Understand How Compilation Systems Work

  • we do not need to know the inner workings of the compiler in order to write efficient code. However,in order to make good coding decisions in our C programs,
  • 프로그램 성능 개선
    • for문이 빠를까 while문이 빠를까? if-else랑 switch는?
    • 챕터3, X86-64알려줌, 어떻게 컴파일러가 C를 instruction set으로 변환하는지 알려줌
    • 챕터5, 컴파일러가 더 일을 잘할 수 있게 만들어주는 간단한 C코드
    • 챕터6, 메모리시스템 구조 알 수 있음
  • Link-time error 이해
    • 가장 당황스러운 프로그래밍 에러중 하나는 link-time error(some-of the most perflexing error라고 표현)
    • 더 무서운건 ㅋㅋ 런타임에 나타나지 않는 에러이다. ㄷ ㄷ
  • 보안 취약점 해결

    • CWE-119 오류

      • https://cwe.mitre.org/data/definitions/119.html
      • 메모리 버퍼의 한계 내에서 이뤄지는 운영에 제대로 된 제한을 걸지 못해서 생기는 문제이다. buffer overflow vulbnerabilities
      • https://ko.wikipedia.org/wiki/버퍼_오버플로

        ![Untitled](<https://s3-us-west-2.amazonaws.com/secure.notion-static.com/56b4a76a-eedd-4a1c-9434-37a49a00b678/Untitled.png>)
      

    • 메모리의 데이터 컨트롤 과정을 고려하는 프로그래머들이 극극소수이다

• 1.4 Processors Read and Interpret Instructions Stored in Memory

  • executable object file인 hello는 disk에 저장되어있다. 이걸 Unix에서 실행시키려면, shell이라는 응용프로그램에서 타이핑을 통해 실행 가능

  • 첫 단어가 shell command가 아니라면? ⇒ 실행시킬 수 있는 파일로 인식

  • loads and run hello program을 하고, 끝날때 까지 기다린다.

  • 1.4.1 Hardware Oraganization of a System

    

    • 일반적인 하드웨어 구조
    • Buses, I/O Devices, Main Memory, Processor
      • Buses
        • 시스템을 통해 실행시키는 것은 Buses라는 electrical conduit들을 통해, 필요한 정보들을 carry on 해나가는 과정이다.
        • 버스는 고정된 bytes 단위로 설계되어있다. 이는 word size이며, 요즘은 대부분 8bytes(64bits)이다.
        • 앞으로 word라고 설명하면 ⇒ bytes 단위를 말하는 것임
      • I/O Devices
        • 모니터, 키보드, 마우스… 뭐 다 아는 입출력장치
      • Main Memory
        • Physically, DRAM(Dynamic Random Access Memory)칩들의 집합
        • Logically, 개별 고유주소가 있는 linear array of bytes
        • short 타입은 2bytes, int는 4bytes 등 자료구조마다 차지하는 메모리 양이 다름
      • Processor
        • = CPU
        • 프로세서의 중심에는, word-size-storage device혹은 register라고 부르는PC(Program Counter)가 있다.
          • PC는 메인메모리의 instruction 들의 주소를 가르키고 있다.
          • PC는 명령어를 해석하고 작업 수행, 수행완료시 다음음 지시어를 가르키도록 업에이트
          • 명령어는 몇가지 없음
            • Load, Store, Operate, Jump
              • Load
                • 메인메모리에서 레지스터로 복사
              • Store
                • 레지스터에서 메인메모리로 복사
              • Operate
                • 레지스터 값을 ALU로 복사, 그리고 이 때 (수학적)연산을 함
              • Jump
                • instruction set을 PC로 복사
          • 프로세서? 간단하다고 말했지만, 요즘은 엄청 복잡함
          • 그래서… 4장에서는 프로세서의 실 implementation에 대해, 5장에서는 프로그램 성능 최적화 할 수 있는 최신 프로세서 작동방식 설명 예정(두둥!!)

  • 1.4.2 Running the hello Program

    • ./hello 프로그램을 쉘에서 실행시키면?

    

    • 위의 사진처럼, 메인메모리에서 CPU내부의 레지스터파일로 ‘Load’ 시킴
    • DMA(Direct memory Acces)라는 기술을 통해, 프로세스를 거치지 않고 메모리에 엑세스 할 수 있다. (아래그림 참조)

    

    • 이렇게, 코드랑 hello 오브젝트 파일내의 데이터들이 메모리에 load되고나면, 프로세서는 hello프로그램의 코드들을 실행시키기 시작함. 이 경우, “hello, world\n”를메모리에서 레지스터로, 레지스터에서 디스플레이로 옮기는 일들을 하게 된다. (아래 그림 참조)

      

• 1.5 Caches Matter

  • 프로그래머가 느끼기에 “real work”를 해야하는데, 이처럼 정보들을 옮기는 과정에서 시간이 많이걸린다고 느낄 수 있다.

  • 대용량 장치는 느리고, 저용량장치는 빠를 수 밖에 없다. 그리고 빠른 장치는 만들때 비싸다.

  • 디스크 드라이브의 어떤 장치가 1000배 더 크다면, 아마 프로세서보다 10,000,000배 느릴 것이다.

  • 프로세서-디스크 속도차이가 이렇게 너무 많이나니까, 캐쉬를 디자인하게 되었다.

    

  • L1캐쉬는 10000 bytes holding가능하고, 레지스터만큼 빠르다

  • L2캐쉬는 100000 bytes holding 가능하고, 5배 더 느리다

  • L1, L2캐쉬는 SRAM(Static Random Access Memory)에 박혀있다.

  • 이렇게 캐쉬들이 있어주기에, 프로그램 실행시 locality를 가져갈 수 있으므로 빠르게 작동한다.

• 1.6 Storage Devices Form a Hierarchy

  • 메모리는 아래 그림과 같은 Hierarchy를 가지고 있다.

    

  • 프로그래머는 캐쉬에 대한 지식을 활용해서 performance를 올릴 수 있어야 한다. 챕터6장에서 이에 대해 배운다.

• 1.7 The Operating System Manages the Hardware

  • 우리가 hello program 돌릴 때, 키보드, 디스플레이, 디스크, 메인메모리.. 등등으로 직접적인 접근을 하는것이 아니다.

  • OS를 통해 접근하는 것이다

    

  • OS는 두가지 목적을 가지고 있다.

    • 어플리케이션 돌릴 때, 잘못된 사용으로 하드웨어를 망가뜨리지 않기 위해
    • low-level에서 아주 복잡하게 돌아가는, 작동 방식들은 단순화 시키기 위함이다.

  • 1.7.1 Processes

    • process는 OS가 프로그램을 돌리기 위해 추상회 해주는 것

    • 멀티 프로세스는 동시에 여러 프로그램 돌려줌

    • 유니프로세스는 코드를 싱글프로세스에서 돌림(1개만 작동)

    • OS가 새로운 프로세스를 동작시키려고 할 때, context switch를 수행한다.

      

    • processA, 쉘: 새로운 입력을 기다린다.

    • system call을 통해 processA의 context가 전달이 되고, processB(hello program)이 실행된다.

    • 커널

      • 프로세스에서 다른 프로세스로 갈 때 커널을 통해 관리된다.
      • 커널은 OS의 일부이며 항상 메모리안에 있다.
      • 파일을 읽고, 쓰는 등 어플리케이션이 OS로부터 뭔가 필요한 기능들이 있는데, system call을 통해 수행되고, 이는 커널을 통해 전달됨
      • 커널은 분리된 process가 아님!!
      • 커널은, 시스템이 프로세스들을 관리하기 위한 코드들의 모음으로 보면 된다.

  • 1.7.2 Threads

    • 프로세스가 single control flow라고 생각할 것
    • a process는, 쓰레드라는 multiple execution유닛으로 구성 가능
    • multiple process보다 multiple threads가 더 낫다
      • threads가 processes보다 낫기 때문
    • multi-threading은 프로그램 더 빠르게 돌릴 수 있도록 해준다

  • 1.7.3 Virtual Memory

    • 가상화이다. 메인메모리를 쓰고있다는 착각을 줄 수 있는

      

  • 프로세스는, virtual address space라는 방법으로 메모리를 본다(위의 사진)

  • 위쪽에는 OS의 코드와 데이터를, 아래쪽에는 유저가 정의한 프로세스의 코드와 데이터를 가지고 있음

  • 1.7.4 Files

• 1.8 Systems Communicate with Other Systems Using Networks

• 1.9 Important Themes

• 1.10 Summary