기본CS정리

추상화

Application: AAABAABCAACC

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layer A'': AAAB, AABC, AACC, ...
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layer A': AA, AB, BC, CC, ...
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layer A : A, B, C
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추상화 : 중복을 없애고 복잡한 것을 단순하게 표현하는 것

핵심: ‘부품의 재사용’, ‘계층의 분리/분업’

컴퓨터 구조와 파일

컴퓨터 구조

CPU(Central Processing Unit) : 메모리(주기억장치)의 명령어(더하기, 빼기, 읽기, 쓰기)들을 읽어 순차적으로

처리. 이 때의 명령은 단순 산술 계산부터, 메모리나 주변 장치(보조기억장치, 프린터, 키보드, 디스플레이 등)

와의 입출력(IO) 제어.
CPU와 메모리 자체로도 하나의 컴퓨터라 칭할 수 있음.
CPU: 계산 능력을 가진 사람 메모리: 사람 앞의 책상(작업 공간) 보조기억장치: 책(데이터)을 보관할 수 있는 책장(하드디스크)
RAM(Random Accecc Memory): 휘발성(전원이 꺼지면 데이터 날아감) 메모리.
ROM(Read Only Memory): BIOS 내용이 영구적으로 기록되어 있음

CPU와 메모리

CPU와 메모리는 대화한다! 프로세스(실행중인 프로그램)는 메모리 안에 존재함.

32bit vs 64bit
- 32bit: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
- CPU가 처리할 수 있는 명령어의 크기, CPU가 가리킬 수 있는 메모리의 번지수, 메모리 데이터 블록의 크
  
  기 등이 32bit로 고정되어 있음.
- 메모리 번지수의 최대: 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 => 2^32 => 대략 43억
  
  0번지부터 대략 40억번지(0 ~ 4GB)까지 표현 가능.
  
  그러므로, 32bit CPU에서는 메모리(RAM) 용량이 4GB 이상을 인식할 수 없음.
- 64bit: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
- 2^64 bit => 약 1800경. 32bit와 비교했을 때 어마어마한 차이.

메모리와 보조기억장치

프로그램 최초 실행 중 Loading이 뜨는 이유: 보조기억장치에 저장된 프로그램(데이터)을 메모리로 읽어들이는(Load) 과정 중 소요되는 시간이 필요하기 때문.
보조기억장치가 필요한 이유: RAM은 휘발성 -> 영구적 저장 불가. 비휘발성 저장장치 필요.

파일

메모리든 보조기억장치든 저장되어있는 모든 데이터는 1010101로 반복되어있는 단순한 이진 데이터이다.
데이터를 구성하는 약속에 따라서 010101… 을 기록.
- 숫자, 문자를 다루는 체계. 이러한 체계는 오래 전부터 이미 자리 잡혀 있음.
- 소프트웨어별로 독립적으로 다루는 체계(ex. MSword는 .hwp 파일을 읽을 수 없음)
- 파일명이나 확장자는 파일 자체를 구분하는 역할일 뿐, 이외의 역할은 없음.
  
  운영체제에서 파일을 구분하고 인식하기 위한 확장자일 뿐.
  
  *.jpg 라고 해서 무조건 이미지 파일이라고 장담할 수 없음.
  
  다만, 실제 파일 내부의 데이터가 jpg의 약속 체계를 따르는지가 중요.
- 파일에 기록된 이진 데이터가 의미를 가질 때는, 관련된 소프트웨어(프로그램)이 파일을 읽고 쓸 때이다.
  
  이 때, 파일의 의미를 가지려면, 이진 데이터를 특정한 약속(=파일 포맷)에 맞춰 나열해야 함.
- 대표적인 파일 포맷: 문서, 프로그램, 영상, 사운드, 이미지, 압축 프로그램 등
실행파일
- 다른 파일과 다른 특수한 파일인가? No. 실행파일 또한 101010… 으로 이루어진 단순한 파일.
- 실행 파일(프로그램)을 실행하는 주체는 운영체제임. 운영체제에 종속된 파일 포맷을 따름.
  
  (윈도우에서 실행되는 실행파일은 맥에서 실행할 수 없음)

인코딩

문자를 표현하기 위한 약속
컴퓨터의 초창기때부터 정수와 소수 등 수의 체계를 표현하는 약속이 구현되어 있었음.
ASCII
- 컴퓨터와 통신 장비를 비롯한 문자를 사용하는 많은 장치에 사용.
  
  대부분의 문자 인코딩이 아스키에 기초를 두고 있음.
- 정수와 문자(숫자, 공백 및 특수문자)를 1:1로 Mapping(ex. 65=A, 66=B …)
- 0~127(7bit)까지 128가지의 문자열을 Mapping
ANSI
- ASCII 인코딩에서 남은 1byte를 활용해 128~255까지의 수를 다른 언어로 확장한 1Byte(8bit) 인코딩
  
  ANSI-949는 남은 128~255까지의 수를 한글에 Mapping한 인코딩
Unicode
- 전세계의 모든 문자를 일관적으로 표현할 수 있게 설계된 산업표준.
- 전세계의 문자를 효율적으로 1:1 Mapping.
UTF-8
- 대부분의 웹에서 UTF-8을 씀
- 전 세계의 문자를 1~4byte의 가변 길이로 표현.
- ASCII와 호환 가능
- 웹 및 다양한 산업에서의 대표주자
- 특히 UTF-8에서 한글이 깨지는 경우는, 저장할 때(서버에서 전송해주는 웹페이지)와 인코딩을 읽을 때(브
  
  라우저에서 다운 받은 웹페이지를 해석할 때)의 인코딩이 서로 일치하지 않기 때문.
  
  서로 다른 약속 체계로 소통하려니 문제가 생김.

프로그램과 프로세스

운영체제

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부팅시 실행되는 하나의 (시스템)프로그램
주변기기들을 상호 연결하고 제어
응용프로그램이 사용할 수 있는 서비스 및 라이브러리를 제공
- 컴퓨터의 메인보드에 접속된 하드웨어들을 상호 연결하고 제어함
- 응용프로그램이 사용 할 수 있는 서비스/라이브러리들을 제공
- 보조 기억장치 및 주변기기를 추상화한 파일시스템을 조작 할 수 있도록 응용프로그램에 API를 제공
- 네트워킹을 추상화하여 응용프로그램에 API를 제공
- 공통적인 GUI를 쉽게 만들 수 있게 추상화하여 응용프로그램에 API를 제공
- 응용프로그램의 실행, 멀티태스킹을 위한 스케쥴링
- 컴퓨터의 보안과 사용자 계정을 관리
응용프로그램의 실행
- exploer.exe, Finder…
- 멀티태스킹을 위한 스케줄링
  
  ★ 프로그램은 운영체제에 종속적이다.

API(Application Programming Interface)

응용 프로그램 프로그래밍 인터페이스. 응용 프로그램에서 사용할 수 있도록, 운영체제나 프로그래밍

언어가 제공하는 기능을 제어할 수 있게 만든 인터페이스(사물간 또는 사물과 인간간의 의사소통이 가

능하도록 일시적 혹은 영속적인 접근을 목적으로 만들어진 물리적, 가성적 매개체)
운영체제가 개발자들을 위해 미리 높은 추상화 수준으로 준비해놓은 코드의 집합.

” 네가 프로그램을 만들 때 무슨무슨 기능을 쓸 수 있게 미리 코드(API)를 준비를 해뒀어!

이러이러한 방식대로만 코드를 작성하면 되니까 설명서 잘 읽고 잘 써먹어! “

프로그램

ê¸°ê³ì´ìì ê³ ìì¤ ì¸ì´ê¹ì§

ì´ìë¸ë¦¬ì ê¸°ê³ì´(CPU ì¸ì¤í¸ëì ì¤í¸ë¦¼)

기계어(명령어, Instruction)
- 0x000000FF는 더하기!
- 0x000000FE는 빼기!
CPU 아키텍쳐(명령어 집합, Instruction Set): 기계어와 하드웨어 기능을 Mapping한 것.
어셈블리어
- add(더하기)는 0x000000FF
- sub(빼기)는 0x000000FE
프로그래밍 언어
- x+y 라는 프로그래밍 코드는 어셈블리어로 add x y 라고 표현 가능
- 프로그래밍 언어로 작성된 소스코드는 단순한 텍스트 파일
- 텍스트파일 => 어셈블리어 => 기계어의 번역을 통해 소스코드를 CPU가 실행가능한 포맷으로 만
  
  드는 과정을 컴파일이라 칭함. 번역해주는 프로그램은 컴파일러.
- 번역된 파일을 실행파일(프로그램)이라고 함
- 컴파일된 프로그램은 운영체제와 CPU아키텍쳐에 종속적.
- 소스코드
  - 사람이 이해하기 쉬운 프로그래밍 언어로 프로그램의 작동을 묘사한 텍스트 파일
리눅스에서 컴파일한 프로그램은 윈도우에서 실행되지 않는다.
Intel CPU 아키텍쳐에 맞게 컴파일한 프로그램은 ARM 아키텍쳐 CPU를 쓰는 컴퓨터에서 실행되지 않거나 오작동을 함
Intel CPU 윈도우에서 작성한 소스코드(텍스트파일)을 복사해서 ARM 윈도우에서 컴파일을 할 수 있을까? 문제 없음.
Intel 리눅스에서 작성한 소스코드를 복사해서 ARM 윈도우에서 컴파일이 될까? 될 수도, 안 될수도
소스코드에서 리눅스 운영체제에 종속적인 기능을 사용한다면? (GUI, API 등) 사용 불가
POSIX
- 이식 가능 운영체제 인터페이스의 약자.
- 서로 다른 UNIX OS의 공통 API를 정리하여 이식성 높은 유닉스 응용 프로그램을 개발하기 위한 목적으로, IEEE가 책정한 애플리케이션 인터페이스 규격.
- 유닉스 계열 외에 마이크로소프트 윈도 NT는 POSIX 1.0에 준하는 POSIX 서브 시탑재하고 있으며, POSIX 응용 프로그램을 서브 시스템에서 실행할 수 있다.
결론
- 상황에 따라 다르며, 플랫폼에 따라 차이가 날 수 있다.
- 프로그램은 CPU 아키텍쳐와 운영체제에 종속적이다.

메모리 구조

Text: 기계어로 표현된 프로그램의 로직들
Data: 프로그램을 작성할 때 지정된 값들
Heap: 런타임(Runtime)에 동적으로 생성되는 값들
Stack: 함수라고 불리는 프로그램의 반복적인 로직이 실행되고 소멸되는 공간

GUI/CLI, Shell, 파일 권한

GUI(Graphical User Interface)
- 웹브라우저, 에디엍, 게임, 대부분의 엔드유저용 응용프로그램, 스마트폰 앱 등
- 응용프로그램들은 운영체제별로 비슷한 GUI를 가짐(OS가 제공하는 GUI API)
GLI(Command Line Interface)
- 명령 줄 인터페이스(CLI) 또는 명령어 인터페이스는 텍스트 터미널을 통해 사용자와 컴퓨터가 상호작용하는 방식
- 작업 명령은 사용자가 컴퓨터 키보드 등을 통해 문자열의 형태로 입력하며, 컴퓨터로부터의 출력 역시 문자열의 형태로 주어진다
왜 CLI를 선호할까?
- 개발자용 프로그램, 내부적인 시스템 프로그램 등은 대부분이 CLI 프로그램이다.
- 가볍고 빠르며 텍스트만으로 입출력하기에 원격으로 조작하기 용이하다
- CLI와 GUI의 차이는 단순한 User Interface의 차이일 뿐. 본질적으로는 큰 차이가 없는 프로그램들이다.
Shell
- 운영체제의 기능을 이용하고 프로그램을 실행하기 위한 프로그램
- 운영체제의 Knernel(알맹이)과 유저를 이어주는 Shell(껍데기)
- GUI Shell(explorer, 탐색기 등), CUI Shell(cmd, terminal)

개발자라면 왜 Linux를 사용해야 하는가?

튼튼하고 신뢰성 있는 무료 운영체제
다양한 플랫폼에 이식성
네트워킹에서 뛰어난 성능
Opensource
거대한 생태계를 가지고 있음. 개발자들의 요람

네트워크

네트워크의 구분

LAN(Local Area Network): 집, 회사, 지역 등의 지엽적인 네트워크를 지칭
WAN(Wide Area Network): LAN보다 큰 규모로 국가, 대륙을 아우르는 원거리 망을 지칭
인트라넷(Intranet): 집, 회사 등 폐쇄적으로 운영되는 네트워크
인터넷(Internet): 전세계에서 접근이 가능한 공개적인 네트워크

통신의 원리

통신은 호스트 간에 이루어진다? 편지(데이터)를 건물(ip주소)간에 주고 받는다?

정확히 말하자면,

통신은 호스트(건물)의 프로세스(건물에 거주하는 사람)간 이루어진다!

(편지(데이터)는 사람(포트번호)간에 주고 받는다!)
프로세스
- 호스트상에서 프로세스를 구분하기 위한 표식 => [포트 번호]
호스트
- 네트워크 안에서 호스트를 구분하기 위한 표식 => [아이피 주소]
네트워크 장치, 이더넷, 와이파이, 블루투스 등의 NIC(Network Interface Controller)
- 네트워크 안에서 장치를 구분하기 위한 표식 => [MAC 주소]

Q. 맥주소를 두고 아이피가 필요한 이유는?
A. IP는 라우팅에 의해 적합하게 설계된 주소체계(지번 주소, 도로명 주소처럼)
   프로세스 → OS → 네트워크장치 → LAN/WAN → 라우터 → 라우터 → 라우터 ··· 
   → 어딘가의 호스트 → 어딘가의 프로세스

포트 번호(Port Number)

48bit(약 280조의 경우의 수) MAC Address → 장치 식별자
- 장치에 고정되어 있는 식별자
32bit/128bit의 IP Address → 호스트 식별자
- 운영체제에 할당되는 가상적인, 호스트를 식별하기 위한 식별자
16bit의 Port Number → 프로세스 식별자
- 2^16, 65536개 숫자
- 이 중의 하나의 숫자를 운영체제로부터 할당
- 0~1023 대역의 포트번호를 할당하려면 관리자 권한 필요
- 예시) 클라이언트1 카카오톡 x.x.x:1234 ————— 카카오톡 서버 a.b.c:3000 클라이언트2 카카오톡 y.y.y:2111 ————— 카카오톡 서버 a.b.c:3000 클라이언트3 카카오톡 z.z.z:2333 —————- 카카오톡 웹서버 a.b.c:80 클라이언트3 브라우저 z.z.z:2233 —————- 카카오톡 웹서버 a.b.c:80
각 다른 서버의 포트는 같을 수 없다.
서버측의 포트 번호는 고정이어야 클라이언트에서 연결을 할 수 있음. (보통 1024 아래의 낮은 대역으로 고정)
클라이언트측의 포트 번호는 (기본적으로) 랜덤. (보통 높은 대역의 포트 번호를 씀)

IP(Internet Protocol)

32bit(2^32, 약 43억개)로 설계된 IP주소 체계
10101100 0001110 00000001 00000001 → 172.30.1.1
IP의 고갈 → 128bit의 IPv6로 호환성을 유지하면서 전환 중.

공인망과 사설망

기본적으로 공인 Public IP였으나 사설 Private IP 대역의 도입
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255 이 IP는 본인 마음대로 써도 된다. 사설망 안에서만.
ex. 현재 사무실의 IP 목록
- 172.30.1.1 스마트폰
- 172.30.1.2 노트북
- 172.30.1.3 데스크탑
- 172.30.1.4 스마트TV
- 172.30.1.254 공유기
→ 사설망 IP가 5개
NAT(Network Address Translation)
- 네트워크 주소 변환
- 사설IP와 공인IP를 Mapping시켜주는 기법
게이트웨이/공유기는 자신의 Public IP를 통해서 뒷단의 노드들을 대표해 인터넷에 연결

OSI 7 Layer

Frame/Packet Header

Message
- 프로세스가 전당하고자 하는 데이터
Segment/Datagram
- 보내는/받는 프로세스를 식별하기 위해 부가 데이터(Port) 추가
Packet
- 보내는/받는 호스트를 식별하기 위해 부가 데이터(IP)를 추가
Frame
- 실제로 데이터를 보내는/받는 장치인 유선랜(Ethernet) 카드, Wifi 및 Bluetooth카드 등의 장치를 식별하기 위해 부가 데이터(Mac Address) 추가

TCP/UDP

송신자 MAC address, IP, Port

  수신자 MAC address, IP, Port

  데이터

TCP
- 신뢰성 프로토콜
- 부가적인 데이터와 제어를 통해
  - 데이터의 수신 순서 보장
  - 데이터의 수신 성공 보장
  - 안전성과 신뢰성이 필요한 대부분의 응용프로그램, 메일, 메신저, 인터넷, 게임 등에 사용됨
UDP
- 데이터를 그냥 보냄. 비신뢰성 프로토콜
- 데이터 누락, 중복, 순서 바뀜 등이 일어날 수 있음.
- 게임, VoIP, IPTV, 영상 스트리밍 등

프로토콜(Protocol)

통신규약
저수준(Low-Level) 프로토콜
- IP, TCP/UDP
응용 프로토콜
- 원격으로 집안의 전등을 켜고 끄는 서버와, 스마트폰 클라리언트 앱의 통신규약을 만든다고 가정.
  
  1번 전등을 켠다 ==> 11 ==> 성공시 1
  
  1번 전등을 끈다 ==> 10 ==> 실패시 0
  
  2번 전등을 켠다 ==> 21
  
  2번 전등을 끈다 ==> 20
Well Known Port
- 오래 전부터 약속된 표준 프로토콜.
- HTTP 80 웹 문서 전송
- FTP 21 파일 전송
- SSH 22 원격 셸
- DNS 53 도메인 네임 서버
- POP3, SMTP, HTTPS, etc …

서비스 네트워킹 형태

서버/클라이언트
- 서버는 다수의 클라이언트의 요청을 처리
- 2개의 프로그램 필요
- 클라이언트는 서버에 요청을 하고 응답을 받음
- 온라인 게임, 웹 서비스, 페이스북 앱, 카카오톡 앱, 음악/영상 스트리밍, 원격 셸(SSH) 등
P2P (Peer to Peer)
- 각 클라이언트들이 서버이자 클라이언트의 역할을 담당
- 한개의 프로그램이 필요
- 토렌트, 1:1온라인 게임 등 서버/클라이언트 구분 없이 연결된 프로세스들이 동등한 작업을 함

donate.html

HolaJun