바이트 코드, 기계어, 바이너리 코드, 네이티브 코드…?

바이트 코드, 바이너리 코드, 기계어, 네이티브 코드, 네이티브 언어에 대해 다룹니다.

바이트 코드

가상머신이 이해할 수 있는 중간 코드이다.

어셈블리어에 가까운 형태를 띠고 있다.

바이트코드는 인터프리터 방식으로 해석된다.

• 인터프리터 방식
  • 코드를 한 줄씩 내려가며 실행하는 프로그램 방식
  • 정적 컴파일 언어보다 실행속도가 느리다.

대표적인 가상머신, JVM을 사용하는 Java의 컴파일 방식을 잠시 들여다보자.

Java는 플랫폼 독립적인 성질이 있다.

보통 프로그램들은 OS에 얹혀서 돌아가게 되는데, 그렇기 때문에 OS에서 규정하는 실행 방식을 따라야 한다.

• OS에서 규정하는 실행 방식?
• 예를 들어서, 윈도우 플랫폼에서 컴파일 과정과 어셈블링 과정을 거쳐 실행 파일을 만든다고 생각해 보자. windows에서도 x64, x32 등 버전에 따라 프로그램을 실행하지 못하는 경우도 있다.
• 이 실행 파일은 .exe 확장자를 가진다. 즉, microsoft windows 플랫폼의 실행파일이다. 이 파일은 당연히 Mac OS에서는 실행하지 못한다.
• 정확히는 OS마다, 하드웨어 제조사마다 기계어 설계가 다르다. 그렇기 때문에 OS에서 직접 실행할 수 있는 프로그램들은 OS와 하드웨어 종류에 따라 컴파일 과정과 어셈블링 과정의 결과물이 모두 다를 수 있다.

그러나 Java는 그렇지 않다. 왜냐하면 OS 위에 JVM, 즉 가상머신을 하나 더 얹어서 프로그램을 돌리기 때문이다.

Java의 컴파일 과정은 대충 이렇게 생겼다.

Java의 대략적인 컴파일 과정

즉 JVM이 설치되어 있는 기기라면 플랫폼(OS)과 상관없이 프로그램을 실행할 수 있다.

위에서 프로그램은 OS에서 규정하는 실행 방식을 따라야 한다고 했던 것처럼 이렇게 실행되는 Java 프로그램도 JVM에서 규정하는 실행 방식을 따라야 한다.

JVM은 바이트코드, 즉 Bytecode로 작성된 .class 확장자의 파일을 실행할 수 있다.

이 바이트코드는 JVM에서 실행된다. 이 바이트코드가 어떻게 하드웨어의 메모리, 힙, 스택 영역에 올라가는지는 사용자가 몰라도 된다. 그거 다 JVM이 알아서 해 준다.

즉 바이트코드는 JVM(또는 다른 가상머신)이 알아듣는 실행 파일 형식이다.

이 개념은 나중에 c, c++과 c#, java의 컴파일 과정의 차이에 대해서 다루는 포스팅에서 한번 더 짚고 넘어간다.

 

바이너리 코드

이 바이너리 코드가 이 글을 쓰게 한 원인이다…

이진 코드라고도 한다.

바이너리 코드까지 들었을 때는 뭔가…어디에서 사용하는 코드 형식 같지만 이진 코드라는 단어를 보니 느낌이 좋지 않다.

그렇다. 바이너리 코드는 그냥 0101010이다.

0과 1의 연속으로 이루어진 코드를 바이너리 코드라고 한다.

 

기계어

여기서 기계어의 정의를 짚고 넘어가자.

위키백과에 따르면 기계어는 “CPU가 직접 해독하고 실행할 수 있는 비트 단위로 쓰인 컴퓨터 언어를 통틀어 일컫는다.”

기계어는 어셈블리어와 1:1로 대응된다.

기계어는 CPU의 종류에 따라서 다른 명령어를 갖는다. 공통인 명령어도 존재하지만, 다른 명령어도 존재한다.

오… 여기까지 알아냈으면 위에서 말한 “OS에서 규정하는 실행 방식”이 대충 무엇인지 감이 잡힌다.

그냥 CPU 따라서 기계어가 달라진다는 뜻이다.

우리가 빨갛고 사각사각하고 달달 상큼한 과일을 한국어로 사과, 영어로 apple, 불어로 pomme라고 하는 것처럼 말이다.

 

네이티브 코드 native code

특정 프로세서에서 실행을 하기 위해 컴파일된 언어이다.
== 특정 프로세서와 그 프로세서의 명령어로 동작하도록 컴파일된 컴퓨터 프로그래밍 코드이다.
즉, 위에서 설명한 바이트 코드는 JVM에서 적절한 네이티브 코드로 컴파일되어 실행된다.

• unmanaged code와 동의어로 혼용되는 일이 잦다.
• 만약 다른 프로세서 기반에서 똑같은 작업 내용을 실행하고자 한다면 컴파일 결과물이 달라질 수 있다.
• 네이티브 코드는 바로 그 결과물을 일컫는다.
• “현재 프로그램이 돌아가는 환경에 적합한 기계 언어”

생각보다 Java와 바이트 코드, 그 컴파일 과정에 대한 설명이 길어진다…

나중에 추가로 Java의 컴파일 과정에 대한 포스팅을 해야겠다.

 

언매니지드 코드 unmanaged code

• 프로그래밍 언어의 한 분류이다.
• 어셈블리어, C, C++ 등의 언어가 있다.
• 프로그래머가 메모리를 직접 관리해줘야 한다.

 

매니지드 코드 managed code

• 프로그래밍 언어의 한 분류이다.
• Java, C# 등이 있다.
• CLR(Common Language Runtime) 환경에서 동작한다.
  • CLR에 대해서는 추가 포스팅을 작성하겠다…
• 자동으로 메모리가 관리된다. → Garbage collection이 존재한다.
• 실행 시 OS가 아닌 가상 머신을 통해 실행된다.
• 특징
  • 객체지향 모델
  • 언어 독립적
  • 형안정성
  • Garbage Collection (대체로 포인터 같은 것을 지원하지 않는다)
  • 단일 통합 라이브러리를 통해 플랫폼 레벨에서 많은 API들을 제공해 준다.

 

네이티브 언어 native language

• 에뮬레이션이나 호환 모드의 사용 등 외적인 지원 없이, 특정 하드웨어나 OS에서 그대로 실행되는 언어를 네이티브 언어라고 한다.
• CPU 내에서 곧바로 해석될 수 있기 때문에 실행 속도가 빠르다.
• 플랫폼에 따라 네이티브 언어가 달라진다.
• 예를 들어 윈도우 플랫폼의 대표적인 네이티브 언어는 C++이다.
• 안드로이드 플랫폼은 Java, Kotlin
• IOS 플랫폼은 Swift, Objective C 등이다.

 

 

이거 들으면서 작성했다.