Technical Skills 네트워크,운영체제

1. 웹 통신의 큰 흐름: https://www.google.com/ 을 접속할 때 일어나는 일

브라우저가 URL에 적힌 값을 파싱해서 HTTP Request Message를 만들고, OS에 전송 요청을 합니다. 이 때, Domain으로 요청을 보낼 수 없기 때문에 DNS Lookup을 수행합니다. DNS 룩업 과정은 크롬의 경우 브라우저 → hosts 파일 → DNS Cache의 순서로 도메인에 매칭되는 ip를 찾습니다. 일반적으로 설명하는 DNS Lookup은 루트 도메인서버에서부터 서브도메인 서버순으로 찾게됩니다. 이 요청은 프로토콜 스택이라는 OS에 내장된 네트워크 제어용 소프트웨어에 의해 패킷에 담기고 패킷에 제어정보를 덧붙여 LAN 어댑터에 전송하고, LAN 어댑터는 이를 전기신호로 변환시켜 송출합니다. 패킷은 스위칭 허브 등을 경유하여 인터넷 접속용 라우터에서 ISP로 전달되고 인터넷으로 이동합니다. 액세스 회선에 의해 통신사용 라우터로 운반되고 인터넷의 핵심부로 전달됩니다. 고속 라우터들 사이로 목적지까지 패킷이 흘러들어가게 됩니다. 핵심부를 통과한 패킷은 목적지의 LAN에 도착하고, 방화벽이 패킷을 검사한 후 캐시 서버로 보내어 웹 서버에 갈 필요가 있는지 검사합니다. 웹 서버에 도착한 패킷은 프로토콜 스택이 패킷을 추출하여 메시지를 복원하고 웹 서버 애플리케이션에 넘깁니다. 애플리케이션은 요청에 대한 응답 데이터를 작성하여 클라이언트로 회송하고, 이는 전달된 방식 그대로 전송됩니다.

2.TCP와 UDP의 차이점에 대해서 설명해보세요.

TCP는 연결 지향형 프로토콜이고 UDP는 데이터를 데이터그램단위로 전송하는 프로토콜입니다. TCP는 가상 회선을 만들어 신뢰성을 보장하도록(흐름 제어, 혼잡 제어, 오류 제어) 하는 프로토콜로 따로 신뢰성을 보장하기 위한 절차가 없는 UDP에 비해 속도가 느린편입니다. TCP는 그래서 파일전송과 같은 신뢰성이 중요한 서비스에 사용되고, UDP는 스트리밍, RTP와 같이 연속성이 더 중요한 서비스에 사용됩니다. 하지만 UDP도 신뢰성을 UDP자체에서 보장하지 않는 것 뿐이지, 개발자가 직접 신뢰성을 보장하도록 할 수 있습니다. 그래서 HTTP/3은 QUIC이라는 프로토콜을 기반으로 하는데, QUIC은 UDP를 기반으로 합니다. 즉, UDP 자체는 신뢰성을 보장하지 않지만, 추가적인 정의를 통해 신뢰성을 보장받을 수 있습니다.

3. HTTPS에 대해서 설명하고 SSL Handshake에 대해서 설명해보세요.

HTTPS는 HTTP에 보안 계층을 추가한 것입니다. HTTPS는 제3자 인증, 공개키 암호화, 비밀키 암호화를 사용합니다.제3자 인증은 믿을 수 있는 인증기관에 등록된 인증서만 신뢰하는 것이고, 공개키 암호화는 비밀키를 공유하기 위해 사용합니다. 비밀키 암호화는 통신하는 데이터를 암호화하는데 사용합니다. 클라이언트는 TCP 3way handshake를 수행한 이후 Client Hello를 전송합니다. 서버는 인증서를 보냅니다. 클라이언트는 받은 인증서를 신뢰하기 위해서 등록된 인증기관인지 확인합니다. 이 인증서는 인증기관의 개인키로 암호화되어있고, 공개키로 검증할 수 있습니다. 클라이언트는 사이트의 정보와, 서버의 공개키를 얻을 수 있습니다. 서버의 공개키로 통신에 사용할 비밀키를 암호화해서 서버에 보냅니다. 서버는 이를 개인키로 확인하고 이후 통신은 공유된 비밀키로 암호화되어 통신합니다.* 제3자 인증: 인증서, 인증기관/공개키 암호화: 인증서, 비밀키 공유/비밀키 암호화: 통신과정

4. GET과 POST의 차이점에 대해서 설명해보세요.

GET요청은 서버에 존재하는 정보를 요청합니다. 이 때 반환되는 정보는 정보 자체가 아니라 정보의 표현입니다. 일반적으로 Request Body는 입력하지 않는 것이 일반적이며, 레거시 시스템의 경우 요청을 받아들이지 않을 수 있습니다. 캐싱을 수행하기 때문에 캐싱되지 않는 요청은 GET 요청이 맞지 않을 수 있습니다. POST요청은 서버에 정보를 생성하는 것을 요청합니다. 예전 HTTP 통신은 POST 요청으로 데이터 삭제, 수정도 form요청으로 같이 수행했습니다. POST 요청은 서버의 상태를 변경시키기 때문에 멱등성이 유지되지 않습니다. 보통 Request Body에 요청하는 데이터를 담아 전송합니다.

5. HTTP 메서드와 이것이 하는 역할에 대해서 설명해보세요.

보통 REST API를 설계했다면 이해할 수 있을정도로 설명하면 되는 것 같습니다. OPTIONS, HEAD, TRACE의 존재에 대해서는 알아만 둡시다. 특히 TRACE는 몰라도 되는 것 같습니다. OPTIONS는 해당 uri에 대해 서버가 허용하는 메서드를 확인할 때 사용합니다. HEAD는 GET과 비슷하나 header만 가져옵니다.

6. CORS란 무엇이며 이것에 대해서 설명해보세요.

CORS는 웹개발을 하다가 흔히 만날 수 있는 이슈입니다. 대개는 프론트엔드 개발시에 로컬에서 API 서버에 요청을 보낼 때 흔하게 발생합니다. 서로 다른 도메인간에 자원을 공유하는 것을 뜻합니다. 대부분의 브라우저에서는 이를 기본적으로 차단하며, 서버측에서 헤더를 통해서 사용가능한 자원을 알려줍니다. Preflight request는 실제 요청을 보내도 안전한지 판단하기 위해 사전에 보내는 요청입니다. OPTIONS 메서드로 요청하며 CORS를 허용하는지 확인합니다. CORS가 허용된 웹서버라면 사용 가능한 리소스를 헤더에 담아 응답합니다.

7. OSI 7계층과 그 존재 이유, TCP/IP 4계층에 대해 설명해보세요.

OSI 7계층은 네트워크 통신을 구성하는 요소들 7개의 계층으로 표준화 한 것입니다. 이렇게 표준화하는 것의 장점은 통신이 일어나는 과정을 단계별로 파악할 수 있어, 문제가 발생하면 해당 문제를 해결하기 용이해집니다. 실제로 우리가 대부분 사용하는 네트워크는 TCP/IP 4계층입니다. 통신에 실제로 사용되는 계층이고 1,2 계층이 1계층, 5, 6, 7계층이 4계층으로 운영됩니다.

8. 웹 서버 소프트웨어(Apache, Nginx)는 OSI 7계층 중 어디서 작동하는지 설명해보세요.

Apache와 NGINX는 HTTP 웹 서버로, 이들이 동작하는 HTTP 프로토콜은 OSI 7 Layer 중 7계층인 애플리케이션 Layer 에 해당하는 프로토콜입니다. HTTP 프로토콜은 TCP/IP 프로토콜을 통해 동작합니다. TCP/IP 프로토콜은 OSI 7 Layer 중 4계층인 Transport Layer에서 동작합니다. 따라서 웹 서버 소프트웨어는 4계층의 TCP/IP 프로토콜과 7계층의 HTTP 프로토콜을 활용하여 동작합니다.

9. 웹 서버 소프트웨어(Apache, Nginx)의 서버 간 라우팅 기능은 OSI 7계층 중 어디서 작동하는지 설명해보세요.

두 가지가 있습니다. Layer 4 (Transport Layer), 그리고 Layer 7 (Application Layer) 입니다. L4 에서는 TCP/UDP 포트 정보를 토대로 라우팅 기능이 제공됩니다. L7에서는 TCP/UDP 뿐만 아니라 HTTP의 URI 등을 토대로 라우팅 기능이 제공 됩니다. L4 에서 라우팅 기능을 사용 한 예시를 들자면, Nginx 의 경우 여러 포트들을 하나의 upstream 블록으로 묶어서 로드 밸런싱, 즉 특정 경로로 전달되는 요청을 각 포트 별로 분산해서 전달하도록 설정 해 줄 수 있습니다. L7 에서 라우팅 기능을 사용 한 예시를 들자면, Apache, Nginx 각각에서 서브 도메인에 대해 라우팅 설정을 해 둘 수 있습니다. 브라우저에서 /test 와 같은 서브 도메인으로 HTTP 프로토콜을 통한 요청을 보낸다면, 웹서버 내 Config 파일에 설정 된 경로 정보를 토대로 요청에 대한 라우팅을 제공하여 스태틱 파일을 전달하거나 API 서버에 대해 리버스 프록시 역할을 해 줄 수 있습니다.

1. 프로세스와 스레드의 차이를 설명해보세요.

프로세스는 실행중인 프로그램을 의미합니다. 스레드는 실행 제어만 분리한 것을 의미합니다. 프로세스는 운영체제로부터 자원을 할당받지만, 스레드는 프로세스로부터 자원을 할당받고, 프로세스의 코드/데이터/힙영역을 공유하기 때문에 좀 더 효율적으로 통신할 수 있습니다. 또한 컨텍스트 스위칭도 캐시 메모리를 비우지 않아도 되는 스레드쪽이 빠릅니다. 그리고, 스레드는 자원 공유로 인해 문제가 발생할 수 있으니 이를 염두에 둔 프로그래밍을 해야합니다. 한 프로세스 안에 여러개의 스레드가 생성될 수 있습니다.

2.컨텍스트 스위칭에 대해 설명해보세요.

컨텍스트 스위칭은 한 Task가 끝날 때까지 기다리는 것이 아니라 여러 작업을 번갈아가며 실행해서 동시에 처리될 수 있도록 하는 방법입니다. 인터럽트가 발생하면 현재 프로세스의 상태를 PCB에 저장하고 새로운 프로세스의 상태를 레지스터에 저장하는 방식으로 동작합니다. 이 때, CPU는 아무런 일을 하지 않으므로 잦은 컨텍스트 스위칭은 성능저하를 일으킬 수 있습니다. 스레드와 프로세스의 동작방식이 약간 상이한데, 스레드는 캐시메모리나 PCB에 저장해야하는 내용이 적고, 비워야 하는 내용도 적기때문에 상대적으로 더 빠른 컨텍스트 스위칭이 일어날 수 있습니다.

3. 동기와 비동기의 차이(블로킹, 넌블로킹) / 장단점에 대해 설명해보세요.

동기/비동기는 두 개 이상의 무엇인가가 시간을 맞춘다/안맞춘다로 구분할 수 있습니다. 동기 방식은 메서드 리턴과 결과를 전달받는 시간이 일치하는 명령 실행 방식입니다. 또, 동기 방식은 한 함수가 끝나는 시간과 바로 다음의 함수가 시작하는 시간이 같습니다.비동기 방식은 여러 개의 처리가 함께 실행되는 방식으로, 동기 방식에 비해 단위시간 당 많은 작업을 처리할 수 있습니다. 단, CPU나 메모리를 많이 사용하는 작업을 비동기로 처리하게 되면 과부하가 걸릴 수 있습니다. 프로그램의 복잡도도 증가하게 됩니다. 블로킹/논블로킹은 동기/비동기와는 다른 관점으로, 내가 직접 제어할 수 없는 대상(IO/멀티스레드)을 상대하는 방법에 대한 분류입니다. 블로킹 방식은 대상의 작업이 끝날 때 까지 제어권을 대상이 가지고 있는 것을 의미합니다. 반면에 논블로킹은 대상의 작업 완료여부와 상관없이 새로운 작업을 수행합니다.동기 논블로킹은 계속해서 polling을 수행하기 때문에 컨텍스트 스위칭이 지속적으로 발생해 지연이 발생합니다.

4.멀티스레드 프로그래밍에 대해 설명해보세요.

멀티스레드 프로그래밍은 하나의 프로세스에서 여러개의 스레드를 만들어 자원의 생성과 관리의 중복을 최소화하는 것을 멀티스레드 프로그래밍이라고 합니다.

5. 프로세스 동기화에 대해 설명해보세요.

다중 프로세스 환경에서 자원등에 한 프로세스만이 접근가능하도록 하는 것입니다. 프로세스 동기화를 하지 않으면 데이터의 일관성이 깨지기 때문에 연산결과가 잘못 반환될 가능성이 존재하기 때문에 주의해야 합니다.

Race Condition(경쟁 상태): 여러 프로세스나 스레드가 동기화 메커니즘 없이 자원에 접근하려는 상황을 가리킵니다. 공유된 자원에 대한 접근 순서에 따라 실행 결과가 달라질 수 있는 상황을 의미합니다.

Critical Section(임계 구역): 여러 스레드가 동시에 접근해서는 안되는 공유자원에 접근하는 코드 블럭을 얘기합니다. 한 임계구역에 하나의 스레드 혹은 프로세스만 접근이 가능합니다. 임계 구역에 접근하는 것을 제어하기 위해 세마포어, 뮤텍스와 같은 매커니즘을 사용합니다.

6. 교착상태와 기아상태의 해결방법에 대해 설명해보세요.

교착상태(Deadlock)가 무엇인지 알고 있어야 합니다. 서로 다른 프로세스가 서로 점유하고 있는 자원의 반납을 대기하고 있는 상태를 의미합니다.

기아상태(Starvation): 여러 프로세스가 부족한 자원을 점유하기 위해 경쟁할 때, 특정 프로세스가 영원히 자원 할당이 되지 않는 경우입니다.

7. 가상 메모리에 대해 설명해보세요.

가상 메모리는 프로세스가 실제 메모리의 크기와 상관없이 메모리를 이용할 수 있도록 지원하는 기술 입니다. 가상 메모리는 실제 메모리(RAM, main memory, first storage)와 보조 기억 장치(auxiliary storage, secondary storage)의 Swap 영역으로 구성됩니다.OS 는 메모리 관리자(Memory Management Unit)를 통해 메모리를 관리하며 프로세스는 사용하는 메모리가 실제 메모리인지, Swap 영역인지 모릅니다.

Java 에서는 Swap 영역을 잡아주지 않은 경우 OOM 이 발생할 수 있습니다.Swap 영역은 실제 메모리가 아니기 때문에 지연시간이 많이 발생하며, 가급적이면 Swap 메모리를 사용하지 않도록 설계하는 것이 좋고, 만약 계속해서 사용하는 양이 증가한다면 메모리 누수를 의심해 볼 수 있습니다.