2024/03/29(금)
Part. CS
강의로 수강하려고 했지만, 생각보다 너무 지루해서 "면접을 위한 CS 전공지식 노트"라는 책으로 공부하려고 한다.
운영체제와 컴퓨터
운영체제의 역할
(1) CPU 스케줄링과 프로세스 관리 : CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지
(2) 메모리 관리 : 한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼만큼 할당해야 하는가
(3) 디스크 파일 관리 : 디스크 파일을 어떠한 방법으로 보관할지 관리
(4) I/O 디바이스 관리 : I/O 디바이스들인 마우스, 키보드와 컴퓨터 간에 데이터를 주고받는 것을 관리
운영체제의 구조
참고 : GUI가 없고 CUI만 있는 리눅스 서버도 존재한다.
GUI : 단순 명령어 창이 아닌 아이콘을 마우스로 클릭하는 단순한 동작으로 컴퓨터와 상호 작용
드라이버 : 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
CUI : 그래픽이 아닌 명령어로 처리하는 인터페이스
시스템 콜
운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스이며 유저 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 사용
ex)
유저 프로그램이 I/O 요청으로 트랩(trap)을 발동하면 올바른 I/O 요청인지 확인한 후 유저 모드가 시스템콜을 통해 커널 모드로 변환되어 실행된다.
I/O 요청인 fs.readFile()이라는 파일 시스템의 파일 읽는 함수가 발동했다고 가정
유저 모드에서 파일을 읽지 않고, 커널 모드로 들어가 파일을 읽고 다시 유저 모드로 돌아가 그 뒤에 있는 유저 프로그램의 로직을 수행한다.
I/O 요청 : 입출력 함수, 데이터베이스, 네트워크, 파일 접근 등에 관한 일
드라이버 : 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
프로세스나 스레드에서 운영체제로 어떠한 요청을 할 때 시스템콜이라는 인터페이스와 커널을 거쳐 운영체제에 전달된다.
시스템콜은 하나의 추상화 계층이다. 이를 통해 네트워크 통신이나 데이터베이스와 같은 낮은 단계의 영역 처리에 대한 부분을 많이 신경 쓰지 않고 프로그램을 구현할 수 있는 장점이 있다.
modebit
시스템 콜이 작동될 때 modebit을 참고해서 유저 모드와 커널 모드를 구분한다.
modebit은 1또는 0의 값을 가지는 플래그 변수이다. 0은 커널 모드, 1은 유저 모드라고 설정된다.
유저 모드 : 유저가 접근할 수 있는 영역을 제한적으로 두며 컴퓨터 자원에 함부러 침범하지 못하는 모드
커널 모드 : 모든 컴퓨터 자원에 접근할 수 있는 모드
커널 : 운영체제의 핵심 부분이자 시스템콜 인터페이스를 제공하며 보안, 메모리, 프로세스, 파일 시스템, I/O 디바이스, I/O 디바이스 요청 관리 등 운영체제의 중추적인 역할
컴퓨터의 요소
CPU, DMA, 컨트롤러, 메모리, 타이머, 디바이스 컨트롤러 등으로 이루어져 있다.
CPU(Central Processing Unit)
산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치
인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행하는 일꾼
관리자 역할을 하는 운영체제의 커널이 프로그램을 메모리에 올려 프로세스로 만들면 일꾼인 CPU가 이를 처리한다.
제어장치
프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품이다.
입출력 장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정한다.
레지스터
CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치를 가리킨다.
CPU에 직접 연결되어 있으므로 연산 속도가 메모리보다 수십 배에서 수백 배까지 빠르다.
CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달한다.
산술논리연산장치(Artihmetic Logic Unit)
덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술 연산과 배타적 논리합, 논리곱 같은 논리 연산을 계산하는 디지털 회로
순서
(1) 제어장치가 메모리에 계산할 값을 로드한다. 레지스터에도 로드한다.
(2) 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술논리연산장치에 명령한다.
(3) 제어장치가 계산된 값을 다시 레지스터에서 메모리로 계산한 값을 할당한다.
인터럽트
어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것을 말한다.
키보드, 마우스 등 IO 디바이스로 인한 인터럽트, 0으로 숫자를 나누는 연산에서의 인터럽트, 프로세스 오류 등으로 발생한다.
인터럽트가 발생되면 인터럽트 핸들러 함수가 모여 있는 인터럽트 벡터로 가서 인터럽트 핸들러 함수가 실행된다.
인터럽트 간에는 우선순위가 존재하고, 우선순위에 따라 실행되며, 인터럽트는 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어 인터럽트 2가지로 나뉜다.
인터럽트 핸들러 함수
인터럽트가 발생했을 때 이를 핸들링하기 위한 함수, 커널 내부의 IRQ를 통해 호출되며 request_irq()를 통해 인터럽트 핸들러 함수를 등록할 수 있다.
하드웨어 인터럽트
키보드를 연결한다거나 마우스를 연결하는 일 등의 IO 디바이스에서 발생하는 인터럽트를 말한다.
소프트웨어 인터럽트
소프트웨어 인터럽트는 트랩이라고도 한다.
프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동한다.
DMA 컨트롤러
I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치를 뜻한다.
CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에, CPU부하를 막아주며 CPU의 일을 부담하는 보조 일꾼 역할을 한다.
하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지한다.
메모리
전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치를 말하며, 보통 RAM(Random Access Memory)을 일컬어 메모리라고 한다.
CPU는 계산을 담당하고, 메모리른 기억을 담당한다.
공장 비유
CPU : 일꾼
메모리 : 작업장 - 작업장의 크기 = 메모리의 크기
작업장이 클수록 창고에서 물건을 많이 가져다놓고 많은 일을 할 수 있듯이 메모리가 크면 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있다.
타이머
몇 초 안에는 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간제한을 다는 역할을 한다.
디바이스 컨트롤러
컴퓨터와 연결되어 있는 IO 디바이스들의 작은 CPU를 말하고 옆에 붙어 있는 로컬 버퍼는 각 디바이스에서 데이터를 임시로 저장하기 위한 작은 메모리를 뜻한다.
메모리
CPU는 메모리에 올라와 있는 프로그램의 명령어들을 실행할 뿐이다.
메모리 계층
레지스터, 캐시, 메모리, 저장장치로 구성
레지스터 : CPU 안에 있는 작은 메모리, 휘발성, 속도 가장 빠름, 기억 용량이 가장 적다.
캐시 : L1,L2 캐시를 지칭한다. 휘발성, 속도 빠름, 기억 용량이 적다. L3캐시도 존재한다.
주기억장치 : RAM을 가리킨다. 휘발성, 속도 보통, 기억 용량이 보통이다.
보조기억장치 : HDD, SSD를 일컬을며 비휘발성, 속도 낮음, 기억 용량이 많다.
램은 하드디스크로부터 일정량의 데이터를 복사해서 임시 저장하고 이를 필요 시마다 CPU에 빠르게 전달하는 역할을 한다.
계층 위로 올라갈수록 가격은 비싸지는데 용량은 작아지고 속도는 빨라지는 특징이 있다.
왜 계층이 존재하는가? 경제성과 캐시때문이다.
16GB RAM이 16GB SSD보다 훨씬 비싸다.
일상생활 예시
게임을 실행하다 보면 '로딩 중'이라는 메시지가 나온다.
이는 하드디스크 또는 인터넷에서 데이터를 읽어 RAM으로 전송하는 과정이 아직 끝나지 않음을 의미한다.
Part. Java
Chatper 12. 지네릭스, 열거형, 애너테이션
타입 변수가 여러 개인 경우에는 Map<K,V>와 같이 콤마 ','를 구분자로 나열하면 된다.
K는 Key(키)를 의미하고, V는 Value(값)을 의미한다.
기호의 종류만 다를 뿐 임의의 참조형 타입을 의미한다는 것은 모두 같다.
지네릭 클래스가 된 Box 클래스의 객체 생성하기
package com.example.javabible.ch12_지네릭스;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
Box<String> b = new Box<>();
//b.setItem(new Object()); String 이외의 타입은 지정 불가
b.setItem("ABC");
String item = b.getItem();
}
}
타입 T 대신에 String타입을 지정해줬으므로, 지네릭 클래스 Box<T>는 다음과 같이 정의된 것과 같다.
public class Box {
String item;
void setItem(String item){
this.item = item;
}
String getItem(){
return item;
}
}
지네릭 클래스인데도 에전의 방식으로 객체를 생성하는 것이 허용된다.
Box b = new Box();
b.setItem("ABC"); // warring : unchecked or unsafe operation
b.setItem(new Object());
타입 변수 T에 Object타입을 지정하면, 타입을 지정하지 않은 것이 아니라 알고 적은 것이므로 경고는 발생하지 않는다.
Box<Object> b = new Box<Object>();
b.setItem("ABC"); // 경고발생 안함
b.setItem(new Obejct()); // 경고발생 안함
지네릭 클래스를 사용할 때는 반드시 타입을 지정해서 제너릭스와 관련된 경고가 나오지 않도록 하자!
제너릭스의 용어
class Box<T> {}
Box<T> : 지네릭 클래스, T의 Box 또는 T Box라고 읽는다.
T : 타입 변수 또는 타입 매개변수
Box : 원시 타입(raw type)
타입 매개변수에 타입을 지정하는 것 : 지네릭 타입 호출
지정된 타입 : 매개변수화된 타입 = 대입된 타입
지네릭의 제한
지네릭 클래스를 생성할 때, 객체별로 다른 타입을 지정하는 것은 적절하다.
모든 객체에 대해 동일하게 동작해야하는 static 멤버에 타입 변수 T를 사용할 수 없다.
T는 인스턴스 변수로 간주되기 때문이다. static 멤버는 인스턴스변수를 참조할 수 없다.
인스턴스 변수 : 클래스에 정의된 변수
지네릭 배열 타입의 참조변수를 선언하는 것은 가능하지만, new T[10]과 같이 배열을 생성하는 것은 안된다.
왜? new 연산자는 컴파일 시점에 타입 T가 뭔지 정확히 알아야 한다.
제너릭 배열을 생성해야할 필요가 있을 때는, new연산자 대신에 Reflection API의 newInstance()와 같이 동적으로 객체를 생성하는 메서드로 배열을 생성하거나, Object 배열을 생성해서 복사한 다음 T[]로 형변환하는 방법을 사용한다.
지네릭 클래스의 객체 생성과 사용
ArrayList를 이용해서 여러 객체를 저장할 수 있도록 하자
package com.example.javabible.ch12_지네릭스;
import java.util.ArrayList;
class Fruit {
public String toString(){
return "Fruit";
}
}
class Apple extends Fruit {
public String toString(){
return "Apple";
}
}
class Grape extends Fruit {
public String toString(){
return "Grape";
}
}
class Toy extends Fruit {
public String toString(){
return "Toy";
}
}
public class FruitBoxEx1 {
public static void main(String[] args) {
Box<Fruit> fruitBox = new Box<Fruit>();
Box<Apple> appleBox = new Box<Apple>();
Box<Toy> toyBox = new Box<>(); // 타입 생략 가능
// Box<Grape> grapeBox = new Box<Apple>(); - 타입 불일치
fruitBox.add(new Fruit());
fruitBox.add(new Apple()); // 다형성
appleBox.add(new Apple());
//appleBox.add(new Toy()); - Apple만 담을 수 있음
System.out.println(fruitBox);
System.out.println(appleBox);
}
}
class Box<T> {
ArrayList<T> list = new ArrayList<>();
void add(T item) {
list.add(item);
}
T get(int i) {
return list.get(i);
}
int size(){
return list.size();
}
public String toString(){
return list.toString();
}
}
출력 결과
Box<T>의 객체를 생성할 때는 참조변수와 생성자에 대입된 타입(매개변수화된 타입)이 일치해야 한다.
단, 두 지네릭 클래스의 타입이 상속관계에 있고, 대입된 타입이 같은 것은 괜찮다.
Box<Apple> appleBox = new FruitBox<Apple>();
JDK1.7 부터는 추정이 가능한 경우 타입을 생략할 수 있게 되었다.
제한된 지네릭 클래스
타입 매개변수 T에 지정할 수 있는 타입의 종류를 제한할 수 있는 방법은 없을까?
지네릭 타입에 extends를 사용하면 특정 타입의 자손들만 대입할 수 있게 해준다.
만일 클래스가 아니라 인터페이스를 구현해야 한다는 제약이 필요하다면, 이때도 extends를 사용한다. implements를 사용하지 않는다는 점에 주의하라!
interface Eatable {}
class FruitBox<T extends Eatable> { ... }
클래스 Fruit의 자손이면서 Eatable인터페이스도 구현해야한다면 아래와 같이 & 기호로 연결한다.
class FruitBox<T extends Fruit & Eatable> {...}
package com.example.javabible.ch12_지네릭스;
interface Eatable {}
public class FruitBoxEx2 {
public static void main(String[] args) {
FruitBox<Fruit> fruitBox = new FruitBox<>();
FruitBox<Apple> appleBox = new FruitBox<>();
FruitBox<Grape> grapeBox = new FruitBox<>();
//FruitBox<Grape> grapeBox2 = new FruitBox<Apple>(); 에러, 타입 불일치
// FruitBox<Toy> toyBox = new FruitBox<Toy>(); 에러 - 제너릭 제한
fruitBox.add(new Fruit());
fruitBox.add(new Apple());
fruitBox.add(new Grape());
appleBox.add(new Apple());
//appleBox.add(new Grape()); - 에러, 타입 불일치
grapeBox.add(new Grape());
System.out.println("fruit-Box" + fruitBox);
System.out.println("apple-Box" + appleBox);
System.out.println("grapeBox" + grapeBox);
}
}
class FruitBox<T extends Fruit & Eatable> extends Box<T> {}
출력 결과
Part. 알고리즘
https://www.acmicpc.net/problem/2098
2098번: 외판원 순회
첫째 줄에 도시의 수 N이 주어진다. (2 ≤ N ≤ 16) 다음 N개의 줄에는 비용 행렬이 주어진다. 각 행렬의 성분은 1,000,000 이하의 양의 정수이며, 갈 수 없는 경우는 0이 주어진다. W[i][j]는 도시 i에서 j
www.acmicpc.net
풀이를 보고 풀어보자..!
비트마스킹 복습도!
풀이
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.util.Arrays;
public class Main {
public static int N;
public static final int INF = 17_000_000;
public static int[][] W, dp;
public static int answer;
public static void main(String[] args) throws IOException {
BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
BufferedWriter bw = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(System.out));
N = Integer.parseInt(br.readLine());
W = new int[N][N];
dp = new int[N][(1 << N) - 1];
for (int i = 0; i < N; i++) {
W[i] = Arrays.stream(br.readLine().split(" ")).mapToInt(Integer::parseInt).toArray();
}
for (int i = 0; i < N; i++) {
Arrays.fill(dp[i], -1);
}
bw.write(dfs(0, 1) + "\n");
bw.flush();
br.close();
}
public static int dfs(int now, int visit) {
if (visit == (1 << N) - 1) { // 모든 도시를 지난 경우
// now -> 0(출발도시)로 가는 경로가 존재해야 돌아갈 수 있음
if (W[now][0] == 0) {
return INF;
}
return W[now][0];
}
if (dp[now][visit] != -1) {
return dp[now][visit];
}
dp[now][visit] = INF;
for (int i = 0; i < N; i++) {
if ((visit & (1 << i)) == 0 && W[now][i] != 0) {
dp[now][visit] = Math.min(dfs(i, visit | (1 << i)) + W[now][i], dp[now][visit]);
}
}
return dp[now][visit];
}
}
풀이는 다음과 같지만, 코드 한줄한줄을 이해해보자!
dp = new int[N][(1 << N) - 1];dp는 현재 dp[cur][visit]
cur : 현재 위치한 도시
visit : 지금까지 방문한 도시들의 집합(비트 마스크)
왜 지금까지 방문한 도시들의 집합을 (1 << N) - 1 개로 해주었을까?
N=2인 경우를 생각해보자
| 방문한 경우의 수 |
| 01 |
| 10 |
| 11 |
N=2인 경우는 방문할 경우의 수가 2^N - 1이 된다.
N=3인 경우를 생각해보자
| 방문한 경우의 수 |
| 001 |
| 010 |
| 100 |
| 011 |
| 101 |
| 110 |
| 111 |
N=3인 경우는 방문할 경우의 수가 총 7개로 2^N - 1이 된다.
각 자릿수의 경우의 수가 0,1이므로 2xN개가 총 경우의 수인데, 하나도 방문 안한 경우 1개를 빼준다.
2^N은 곧 ( 1 << N )과 같다. 아아~ 그래서 저렇게 dp를 초기화 해주었구나!
for (int i = 0; i < N; i++) {
Arrays.fill(dp[i], -1);
}dp로는 나올수 없는 값(-1)으로 초기화를 해준다.
초기화는 답이 될 수 없는 범위로 초기화해준다.