Computer Science

1. 단위 벡터1.1. 단위 벡터(Unit Vector)란?단위 벡터는 크기(Magnitude)가 정확히 1인 벡터를 말합니다. 벡터가 방향과 크기라는 두 가지 주요 정보를 담고 있다면, 단위 벡터는 이 중에서 순수한 방향 정보만을 표현하기 위해 사용됩니다.일반적인 벡터 v가 주어졌을 때, 이 벡터와 방향은 같지만 크기만 1로 조정한 단위 벡터 û는 원래 벡터를 자신의 크기(norm)로 나누어 계산할 수 있습니다. 이 과정을 정규화(Normalization)라고 합니다.벡터 v = (x, y, z)벡터 v의 크기: ||v|| = sqrt(x² + y² + z²)단위 벡터 û: û = v / ||v|| = (x/||v||, y/||v||, z/||v||)예를 들어, 벡터 v = (3, 4)가 있다면, 이 ..

1. Array of Structure (AoS)1.1. 개요Array of Structure (AoS)는 여러 필드(멤버)를 포함하는 구조체(또는 클래스) 자체를 배열의 요소로 저장하는, 가장 전통적이고 직관적인 데이터 레이아웃 방식입니다. 객체 지향 프로그래밍에서 객체의 컬렉션을 다룰 때 자연스럽게 사용되는 구조입니다.예를 들어, 3차원 공간의 점(Position) 100개를 저장해야 한다고 가정해 보겠습니다. 각 점은 x, y, z 좌표를 가집니다.AoS (Array of Structures) 방식에서는 Position 구조체를 정의하고, 이 구조체 타입의 배열 Position positions[100]을 선언하여 100개의 점 객체를 저장합니다.메모리 상에서는 한 객체의 모든 데이터가 묶여서 연속..

1. Structure of Array1.1. 개요Structure of Array (SoA)는 여러 객체의 데이터를 저장할 때, 각 객체의 동일한 멤버(필드)들을 분리하여 각각의 독립된 배열에 연속적으로 저장하는 데이터 레이아웃 방식입니다.예를 들어, 3차원 공간의 점(Position) 100개를 저장해야 한다고 가정해 보겠습니다. 각 점은 x, y, z 좌표를 가집니다.AoS (Array of Structures) 방식이라면: Position[100] 배열 하나에 Position 객체 100개를 저장합니다.SoA (Structure of Arrays) 방식이라면: float x[100], float y[100], float z[100] 와 같이 각 좌표 성분별로 3개의 배열을 만들어 데이터를 저장합니..

1. 해싱(Hashing)과 해시 충돌1.1. 해시 함수와 해시 테이블해시 함수(Hash Function)는 임의의 길이의 데이터를 고정된 길이의 데이터(해시 값 또는 해시)로 매핑하는 함수입니다. 좋은 해시 함수는 결정론적(입력이 같으면 항상 같은 출력을 냄)이고, 계산이 빠르며, 출력 값이 해시 공간 전체에 고르게 분포(Uniformity)되는 특징을 가집니다.해시 테이블(Hash Table) 또는 해시 맵(Hash Map)은 이러한 해시 함수를 사용하여 키(Key)를 값(Value)에 매핑하는 데이터 구조입니다. 내부적으로는 배열(버킷 배열, Bucket Array)을 사용하여 데이터를 저장하며, 키를 해시 함수에 입력하여 얻은 해시 값을 배열의 인덱스로 사용하여 값에 매우 빠르게 접근할 수 있습니..

1. 이론1.1. 뮤텍스란 무엇인가?뮤텍스(Mutex, Mutual Exclusion)는 상호 배제(Mutual Exclusion)의 약자로, 다중 스레드 또는 다중 프로세스 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 제어하여 데이터 일관성과 무결성을 보장하는 동기화 메커니즘입니다. 즉, 한 번에 하나의 스레드/프로세스만이 공유 자원에 접근할 수 있도록 하여 경쟁 상태(Race Condition)를 방지합니다.경쟁 상태(Race Condition): 여러 스레드/프로세스가 동시에 공유 자원에 접근하여 예상치 못한 결과를 초래하는 상황을 의미합니다. 예를 들어, 두 스레드가 동시에 변수의 값을 증가시키려 할 때, 최종 결과가 기대했던 값과 다를 수 있습니다.뮤텍스는 "잠금(Lock)" 메커니즘으로 작동합니다. 공유..

1. 전송 계층 프로토콜의 이해네트워크 통신에서 데이터는 여러 계층을 거쳐 전송됩니다. 이 중 전송 계층(Transport Layer)은 애플리케이션 간의 종단 간(end-to-end) 통신을 담당하며, 데이터의 신뢰성, 흐름 제어, 혼잡 제어 등을 관리합니다. 전송 계층의 대표적인 프로토콜로는 TCP(Transmission Control Protocol)와 UDP(User Datagram Protocol)가 있습니다. 이 두 프로토콜은 각각 다른 특성과 목적을 가지고 설계되었으며, 애플리케이션의 요구사항에 따라 적절히 선택되어 사용됩니다.2. TCP (Transmission Control Protocol)TCP는 연결 지향적(Connection-Oriented)이며 신뢰성 있는(Reliable) 데이터..

1. IPC1.1. IPC의 정의와 필요성IPC(프로세스 간 통신, Inter-Process Communication)는 독립적으로 실행되는 하나 이상의 프로세스 간에 데이터를 교환하거나, 작업을 동기화하고, 이벤트를 통지할 수 있도록 지원하는 메커니즘의 총칭입니다.현대의 운영체제는 각 프로세스가 자신만의 독립적인 메모리 주소 공간을 갖도록 설계하여 안정성을 확보합니다. 즉, 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 메모리 영역을 직접 침범할 수 없습니다. 이러한 메모리 격리(Memory Isolation) 원칙은 프로세스를 보호하는 핵심적인 역할을 하지만, 필연적으로 프로세스들이 협력해야 하는 상황에서 통신 문제를 야기합니다.IPC는 바로 이 격리된 프로세스들 사이에 운영체제가 제공하는 '통로' 또는 '공유 ..

1. 프로세스 (Process)1.1. 정의프로세스란 간단히 말해 '실행 중인 프로그램'이다. 디스크에 저장된 정적인 프로그램(코드 덩어리)이 메모리에 적재되어, 운영체제로부터 CPU 시간, 메모리 등의 자원을 할당받아 생명을 얻은 동적인 개체를 의미한다.1.2. 메모리 구조프로세스는 운영체제로부터 독립된 자신만의 메모리 공간을 할당받는다. 이 주소 공간은 크게 네 가지 영역으로 구성된다.코드 영역 (Code or Text Section): 실행할 프로그램의 코드가 기계어 형태로 저장되는 공간. 읽기 전용(Read-only)이다.데이터 영역 (Data Section): 프로그램의 전역 변수(Global variables)와 정적 변수(Static variables)가 저장되는 공간. 프로그램 시작 시 할..

1. CPU 스케줄링1.1. 정의CPU 스케줄링은 다중 프로그래밍(Multi-programming) 운영체제에서, 실행 준비가 된 여러 프로세스(혹은 스레드) 중 어떤 프로세스에게 CPU를 할당할지를 결정하는 핵심적인 메커니즘이다. CPU 스케줄링의 주된 목표는 시스템의 성능을 최적화하는 것이며, 평가 지표는 다음과 같다.CPU 이용률 (CPU Utilization): 전체 시스템 시간 중 CPU가 실제로 작업을 수행한 시간의 비율. CPU를 최대한 쉬지 않고 바쁘게 유지하는 것을 목표로 한다.처리량 (Throughput): 단위 시간당 완료된 프로세스의 수. 시스템이 얼마나 많은 일을 처리하는지를 나타내는 척도다.총 처리 시간 (Turnaround Time): 프로세스가 시스템에 제출된 순간부터 완료될..

1. 캐시의 필요성: 속도 차이와 지역성 컴퓨터 시스템에서 CPU의 데이터 처리 속도는 메모리(RAM)의 데이터 접근 속도보다 훨씬 빠르다. 기술의 발전으로 CPU의 클럭 속도는 기하급수적으로 증가했지만, DRAM을 기반으로 하는 메인 메모리의 속도는 그에 미치지 못했다. 이로 인해 CPU가 아무리 빨라도 메모리에서 데이터를 가져오는 것을 기다려야 하는 병목 현상(Bottleneck)이 발생하며, 이를 메모리 장벽(Memory Wall)이라고도 부른다.캐시 메모리는 이러한 CPU와 메인 메모리 간의 속도 차이를 완화하기 위해 등장한 고속의 임시 저장 공간이다.캐시가 효율적으로 동작할 수 있는 근거는 프로그램이 데이터에 접근할 때 나타나는 지역성의 원리(Principle of Locality) 때문이다.시..