[Python] - 동작원리( Build , hybrid )

 

Python 작업 시, 순환 참조를 하게 만들면 Garbage가 쌓이게 되고 이게 증가하다 보면 실제 사용되는 메모리에 영향을 끼쳐 OOM이 나는 경우가 발생합니다. 이 때문에 Gabage Collection의 동작원리를 파헤치기 위해 어떻게 동작하는지 부터 정리해보려고 합니다.

 

Python의 문법과 Compiler 전공 수업을 들은 바가 있기 때문에 상세한 내용은 생략하고 진행하겠습니다.

 

1. Build란?

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컴퓨터가 실행 가능한 파일로 만드는 것을 Build라고 합니다.

컴퓨터는 0과 1만 이해 할 수 있습니다. 우리가 작성하는 코드(Python, C, Java, Ruby .. ) 과 같은 언어는 고급언어로 컴퓨터가 이해 할 수 있는 기계어로 변경해주는 과정을 말합니다.

일반적으로 Build하는 과정을 통역하는 과정과 유사하게 말합니다.

외국어로 된 책을 이해하기 위해서는 한국어로 된 내용이 필요합니다.

이와 같이 변경하는 총 3가지의 방식을 가지고 있습니다.

 

1. Compiler

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소스 코드 전체를 기계어로 번역

• 대표적으로 C,C++,Go,C-Object언어들입니다.
• 총 4단계로 이루어지는데

1. Preprocessing 

• 아래와 같이 표현을 미리 정의 해두었다고 생각하면 됩니다.

#include
#define

 

2. Complication

• gcc,g++,visual C++ 과 같이 많이 사용해본 용어들이 컴파일러입니다.
• 중간언어, 저수준의 언어로 번역됩니다. ( 일반적으로 Assembly )
• 왜 바로 컴퓨터 언어로 변경하지 않냐고 하면, 0100 이라는 것을 보고 우리는 어떤 의미인지를 파악하기 어려워 중간 과정이라고 생각하면 됩니다.

 

3. Assemble

• Cpu가 이해할 수 있는 언어로 번역된 파일로 Object File이라고 합니다.

 

4. Linking

• 번역본을 여러 권으로 나누었으니 하나로 합쳐 실행하는 파일로 만드는 과정입니다.

• 장점
  • 빌드가 완료된 실행가능한 파일은 속도가 빠릅니다.
  • 매번 번역할 필요가 없이 실행 파일만 실행하면 되기 때문에 시간면에서 효율적입니다.
• 단점
  • 수정해야 할 경우 처음부터 빌드과정을 다시 거쳐야 하며, 대규모의 프로그램에서는 생산성이 하락합니다.
  • 플랫폼에 의존적입니다. 
  • 각 OS마다 서로 다른 라이브러리가 존재하여 Linker들은 OS에서 요구하는 라이브러리가 필요하여 각자 구현이 필요하여 불편을 야기합니다.

 

2. Interpreter

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소스코드 한 줄씩 번역하여 실행

• 터키에 가서 터키 사람이 말을 하면 못알아 듣지만 옆에서 통역사가 바로바로 실시간 통역해주는 역할이 Interpreter와 유사합니다.
• Python, JS, Ruby 와 같은 언어를 Interpreter라고 합니다. ( 반은 맞는말 반은 틀리다. )
• 명령어 한줄씩 바로바로 기계어로 번역하여 실행해주는 방식이기 때문에 OS에 맞는 언어만 설치해준다면 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.
• 실행 가능한 파일은 소스코드 자체가 실행가능한 파일입니다.
• 메모리를 별도로 할당 받는 것이 아닌 필요할 때마다 할당하여 사용합니다.

 

• 장점
  • 컴파일 과정이 없이 실행되기 때문에 수정, 디버깅에 유리 -> 개발 속도 향상
  • 각 플랫폼에서 지원하는 인터프리터만 있다면 실행 가능하여 독립적
• 단점
  • 빌드 되어있는 컴파일 언어 프로그램보다 실행 시간이 느리다.

 

3. Hybrid

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소스코드 전체를 Byte code로 변역한 뒤 VM이 한 줄 씩 실행

• 컴파일과 인터프리터 방식을 혼합하였습니다.
• 컴파일러는 플랫폼에 의존적이고, 인터프리터 언어는 실행속도가 느리지만, 플랫폼에 독립적입니다.
• 위 둘의 단점을 상호 보완하여, Hybrid로 만든 것이죠.
• 대표적인 언어는 Java, Python이 존재합니다.
• 세계에서 가장 많이 쓰이는 영어를 번역하여 두면, 나머지 국가에서도 영어를 보고 다시 번역하여 처리하면 쉽고 빠르게 처리가 가능하죠.
• 위와 같은 원리로 Byte code로 변환시켜 준뒤 , Byte code에 알맞은 VM을 설치하면 언제든지 동일한 결과를 나타 낼 수 있습니다.

 

• 장점
  • 각 플랫폼에 지원하는 가상머신 있다면 실행 가능하기 때문에 플랫폼에 독립적입니다. 
• 단점
  • 컴파일 언어처럼 하드웨어를 직접 제어하는 작업은 불가능하다.

 

• 현재 제가 사용 중인 Python3를 예시로 보여드리겠습니다.
• Cpython을 Interpreter로 채택하고 있는 것을 볼 수 있습니다.
• Python Interpreter안에는 Compiler가 있습니다.
• 상세한 동작 원리와 문제점은 뒤에 순환 참조 관련된 예시를 보여드리면서 설명하겠습니다.

$ import platform
$ platform.python_implementation()
> 'CPython'