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[2011-2] 시스템 프로그래밍 Week 1 : Course Overview. 담당교수 : 최 윤 정 2011. 8.30. [2011-2]. [ 시스템 프로그래밍 ] C & Assembly gcc in Unix. 학습 목표 Quiz 강의 목표 운영 방법 평가 방법. [ 컴퓨터 프로그래밍 2] C Visual Studio & gcc in Unix. 10 분 Quiz. 1 학기 Java 와 C, 그리고 ‘ 팀 프로젝트 ’ 의 경험이 있는 학생들의 입장에서 , - PowerPoint PPT Presentation
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[2011-2] 시스템 프로그래밍
Week 1 : Course Overview
담당교수 : 최 윤 정
2011. 8.30
1
[컴퓨터 프로그래밍2] C Visual Studio & gcc in Unix
[ 시스템 프로그래밍 ] C & Assembly gcc in Unix
[2011-2]
2
학습 목표
Quiz 강의 목표
운영 방법
평가 방법
10 분 Quiz1 학기 Java 와 C, 그리고 ‘팀 프로젝트’의 경험이 있는 학생들의 입장에서 ,
1. 지금쯤 .. 여러분에게 “프로그래밍”이란 어떤 의미인가요 ?
2. 지금까지 만들어보았던 프로그래밍의 결과물 중 가장 보람있던 것이 있다면 ?
3. “ 시스템 프로그래밍” 시간에는 무엇을 배우게 될 것 같나요 ? 또는
특별히 무엇에 대해 배우고 싶은가요 ?
3
4
자고 일어나면맨 땅에새로운건물 하나가지어지던 시절 …
1969 년 ..
서울에 ‘ 와우아파트’가 지어집니다 .
5
산 비탈에 지어진아파트 , 그러나 ..
곧 무너집니다 .
원인은 …
‘ 부실공사’
철근 70 개 5개
처음부터‘ 지질검사’조차
하지 않았습니다 .
…
‘ 화강암석이니 단단하겠지’
6
1977 년 ..
전북 ‘이리역’이 폭발합니다 ..
1993 년 ..
서해훼리호가 침몰합니다 ..
7
1994 년 ..
성수대교
8
1995 년 ..
삼풍백화점
…
사망자 500 여명부상자 900 여명
9
공학자로서 여러분이 생각하는
‘ 부실함’과 ‘튼실함’의 차이는… ?
그 영역과 범위는…… ?
10
컴퓨터를 사용하면서 ..
불안하다고 느낀 적은 ?
H/W …… S/W
학생으로서
사용자로서
개발자로서
11
12
IPTV 3 사의 셋탑박스들
13
14
15
16
17
18
19
" 몇 년 있으면 바닥날 석유만 믿고 있으면 안 되며 석유 이외에서 돈을 벌되 신속하고 획기적으로 벌어야 한다 "
" 두바이에서는 실패를 제외한 모든 것이 가능하다 "
" 미래를 바꾸려고 시도하지 않는 사람은 과거의 노예상태로 머무르게 된다“
두바이는 전속력으로 달리는 일만 남았다“
- 쉐이크 모하메드 -
학습 목표
[ 시스템 프로그래밍 ] 수업에서는
배경지식을 보다 깊이 , 정확하게 쌓아둘 것 . 다양한 Platform 의 특성에 의한 효율성과 최적화를 고려할 것 .
h/w 특성 , 설계 구조
메모리들 , 처리속도 , 알고리즘 외적인 부분에서의 효율성
주어진 문제와 개발 환경에 대한 ‘이해력’과 ‘통찰력’이 요구
S/W 개발에 대한 적응력 배양 : 여러 가지의 버그들 , 에러들
이후 전공과목을 위한 기반지식으로써의 의미를 부여할 것
20
Randal E. Bryant and David R. O’Hallaron, “Computer Systems: A Programmer’s Perspective, Second Edition”
(CS:APP2e), Prentice Hall, 2011
Brian Kernighan and Dennis Ritchie, “The C Programming Language, Second Edition”, Prentice Hall, 1988
교재 안내
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Carnegie Mellon
Curriculum
OperatingSystems Compilers
ProcessesMem. Mgmt
Networks
NetworkProtocols
Architecture EmbeddedSystems
C Programming
Databases
Data Reps.Memory Model
DigitalComputation
MachineCode Arithmetic
EmbeddedSystem Eng.
Foundation of Computer SystemsUnderlying principles for hardware, software, and networking
Execution ModelMemory System
System Programming
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Carnegie Mellon
Course Perspective
Most Systems Courses are Builder-Centric Computer Architecture
Design pipelined processor Operating Systems
Implement large portions of operating system Compilers
Write compiler for simple language Networking
Implement and simulate network protocols
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Carnegie Mellon
Course Perspective (Cont.)
Our Course is Programmer-Centric Purpose is to show how by knowing more about the
underlying system, one can be more effective as a programmer
Enable you to Write programs that are more reliable and efficient Incorporate features that require hooks into OS
E.g., concurrency, signal handlers
24
Abstraction vs. Reality Previous courses emphasize abstraction.
Abstraction Is Good But Don’t Forget Reality! Need to understand details of underlying implementations
Useful outcomes Become more effective programmers
Able to find and eliminate bugs efficiently Able to understand and tune for program performance
Prepare for later “systems” classes in CS & ECE Compilers, Operating Systems, Networks, Computer Architecture,
Embedded Systems....
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Reality #1
Ints are not Integers, Floats are not Reals Is x2 ≥ 0 ?
40000 * 40000 = 1600000000 50000 * 50000 = ??
Is (x + y) + z = x + (y + z)? Unsigned & Signed Int’s: Yes! Float’s:
(1e20 + -1e20) + 3.14 --> 3.14 1e20 + (-1e20 + 3.14) --> ??
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Carnegie MellonReality #2 : You’ve Got to Know
Assembly
Understanding assembly is key to machine-level execution model Behavior of programs in presence of bugs
High-level language models break down Tuning program performance
Understand optimizations done / not done by the compiler Understanding sources of program inefficiency
Implementing system software Compiler has machine code as target Operating systems must manage process state
Creating / fighting malware : x86 assembly is the language of choice! 27
Carnegie Mellon
Assembly Code Example Read-Time Stamp Counter(rdsc)
Special 64-bit register in Intel-compatible machines Incremented every clock cycle Read with rdtsc instruction
Application Measure time (in clock cycles) required by procedure
double t;start_counter();P();t = get_counter();printf("P required %f clock cycles\n", t);
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Carnegie Mellon
Code to Read Counter Write small amount of assembly code using GCC’s asm
facility Inserts assembly code into machine code generated by
compilerstatic unsigned cyc_hi = 0;static unsigned cyc_lo = 0;
/* Set *hi and *lo to the high and low order bits of the cycle counter. */void access_counter(unsigned *hi, unsigned *lo){ asm("rdtsc; movl %%edx,%0; movl %%eax,%1"
: "=r" (*hi), "=r" (*lo) :: "%edx", "%eax");
}
29
Reality #3: Memory Matters Random Access Memory Is an Unphysical
Abstraction Memory is not unbounded
It must be allocated and managed Many applications are memory dominated
Memory referencing bugs especially pernicious Effects are distant in both time and space
Memory performance is not uniform Cache and virtual memory effects can greatly affect program
performance Adapting program to characteristics of memory system can lead to
major speed improvements30
Carnegie Mellon
Memory Referencing Errors C and C++ do not provide any memory protection
Out of bounds array references Invalid pointer values Abuses of malloc/free
Can lead to nasty bugs Whether or not bug has any effect depends on system and compiler Action at a distance
Corrupted object logically unrelated to one being accessed Effect of bug may be first observed long after it is generated
How can I deal with this? Program in Java, Ruby or ML Understand what possible interactions may occur Use or develop tools to detect referencing errors (e.g. Valgrind)
31
Carnegie MellonMemory System Performance
Example
Hierarchical memory organization Performance depends on access patterns
Including how step through multi-dimensional array
void copyji(int src[2048][2048], int dst[2048][2048]){ int i,j; for (j = 0; j < 2048; j++) for (i = 0; i < 2048; i++) dst[i][j] = src[i][j];}
void copyij(int src[2048][2048], int dst[2048][2048]){ int i,j; for (i = 0; i < 2048; i++) for (j = 0; j < 2048; j++) dst[i][j] = src[i][j];}
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Carnegie Mellon
The Memory Mountains1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 s9
s10
s11
s12
s13
s14
s15
s16
s32
s64
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
64M 16
M 4M
1M
256K 64
K 16K 4K
Stride (x8 bytes)
Rea
d th
roug
hput
(MB
/s)
Size (bytes)
L1
L2
Mem
L3
copyij
copyji
Intel Core i72.67 GHz32 KB L1 d-cache256 KB L2 cache8 MB L3 cache
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Carnegie Mellon
Reality #4
Computers do more than execute programs
They need to get data in and out I/O system critical to program reliability and performance
They communicate with each other over networks Many system-level issues arise in presence of network
Concurrent operations by autonomous processes Coping with unreliable media Cross platform compatibility Complex performance issues
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강의 운영 방법
수업자료실 : http://home.konkuk.ac.kr/~cris/ 강의 내용 및 게시판 : 질의응답용
이론의 이해도 확인 후 실습 이론 학습 후 필요 시 퀴즈 / 확인 실습
실습 실 지정좌석제
Lectures & Lab Concepts, important tools and skills for labs clarification of lectures, exam coverage
Exams : mid + final + quiz
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과제 형태
조사 과제 : report 조사내용을 정리하여 수업 전 제출합니다 .
실습 과제 1 : 지시에 따라 source 화일 작성
제한된 명령어와 연산자의 종류를 이용하여 ‘기능’을 구현함 . 조건 별 채점
실습 과제 2 : source 파일 ( 주석작성 ) + 실행 파일
source 화면 + 결과화면 출력하여 제출 ( 축소 후 1~2 장으로 ) source 화일와 실행화일은 수업게시판에 비밀글로 upload.
개인별 수행을 원칙으로 함 .
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평가 방법 및 정책
실습 과제 1 : 개별 제출 과제 확인 시간 금요일 2 시 ~5 시
실습 과제 2: 자동 평가 시스템 팀으로 수행하여 제출한 경우에도
반드시 개별적으로 tool 과 code 에 대한 모든 동작상태를 설명해야 합니다 .
과제 제출 마감 후 : -2 점 / 1 일
중간 및 기말고사 후 필요시 재시험
반영 비율
중간고사 : 30%, 기말고사 : 30% 퀴즈 및 과제물 : 30% 출석 및 수업참여도 : 10%
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수업 상담 및 help Office hours:
1:1 상담은 미리 약속하세요
수업 조교 지원
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Topics :
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Carnegie Mellon
Programs and Data
Topics Bits operations, arithmetic, assembly language
programs Representation of C control and data structures Includes aspects of architecture and compilers
Assignments L1 (datalab): Manipulating bits L2 (bomblab): Defusing a binary bomb L3 (buflab): Hacking a buffer bomb 40
Carnegie Mellon
The Memory Hierarchy
Topics Memory technology, memory hierarchy, caches, disks,
locality Includes aspects of architecture and OS
Assignments L4 (cachelab): Building a cache simulator and optimizing
for locality. Learn how to exploit locality in your programs.
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Carnegie Mellon
Performance
Topics Co-optimization (control and data), measuring time on a
computer Includes aspects of architecture, compilers, and OS
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Carnegie Mellon
Exceptional Control Flow Topics Hardware exceptions, processes, process control, Unix
signals, nonlocal jumps Includes aspects of compilers, OS, and architecture
Assignments L5 (proclab): Writing puzzles using processes and
signals. A first introduction to concurrency
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Carnegie Mellon
Virtual Memory
Topics Virtual memory, address translation, dynamic storage
allocation Includes aspects of architecture and OS
Assignments L6 (malloclab): Writing your own malloc package
Get a real feel for systems programming
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Carnegie Mellon
Networking, and Concurrency
Topics High level and low-level I/O, network programming Internet services, Web servers concurrency, concurrent server design, threads I/O multiplexing with select Includes aspects of networking, OS, and architecture
Assignments L7 (proxylab): Writing your own Web proxy
Learn network programming and more about concurrency and synchronization.
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