[Python] 쉽게 정리한 파이썬이 동작하는 원리
kennethreitz
제 포스팅을 보기 전에 CPython와 pypy에 대한 kennethreitz님의 포스팅을 먼저 읽는 것이 좋습니다.
CPython
CPython 은 C로 작성된 파이썬 구현의 리퍼런스로서, 파이썬 코드를 가상 머신에 의해 해석되는 중간 바이트코드로 컴파일합니다. CPython은 파이썬 패키지와 C언어의 확장 모듈간에 최고 레벨의 호환성을 제공합니다.
오픈 소스 파이썬 코드를 작성 중이고 폭넓은 사용자 기반을 갖고 싶다면 CPython이 최고입니다. C언어 확장 기능을 쓰는 패키지를 사용하려면 CPython이 유일한 구현 방법입니다.
파이선 언어의 모든 버전은 C언어로 구현됩니다. CPython이 파이썬 구현의 리퍼런스이기 때문입니다.
PyPy
PyPy 는 파이썬 언어의 정적 타입으로만 구현된 파이썬 인터프리터로서 통칭 RPython이라 불립니다. 이 인터프리터의 특징은 just-in-time 컴파일러와 복수의 백엔드(C, CLI, JVM)를 지원한다는 것입니다.
PyPy의 목표는 파이썬의 리퍼런스 구현 방법인 CPython과 최대한의 호환성을 유지하는 동시에 그 성능을 향상시키는 것입니다.
만약 파이썬 코드의 성능을 향상시키고자 한다면, PyPy은 한 번 써볼만한 가치가 있습니다. 벤치마크에서 PyPy는 CPython보다 5배나 빨랐습니다.
PyPy는 파이썬2.7을 지원합니다. 베타로 나온 PyPy3 [1],는 파이썬3를 지원합니다.
Build, Compile, Link
Build = Compile + Link
Build의 가장 기본적인 의미는 프로그래밍 언어를 기계어로 바꾸어주는 과정입니다. 먼저 C나 java 같은 native code에서 *.o파일(오브젝트 파일)을 만드는 것을 컴파일이라고 합니다. 이는 개발자가 작성한 소스코드를 binary code로 변환하는 과정을 의미합니다. 그리고 *.o파일에서 .exe파일을 만드는 것을 Link라고 합니다. 기능별로 분할된 여러 개의 native code들이 있을 때 각각을 *.o파일로 컴파일 하고, 다수의 *.o파일을 하나의 *.exe파일을 만드는 것을 Link라고 하는 것입니다. 링크라고 부르는 것은 하나의 파일에서 다른 파일의 코드를 사용해야하는데 이를 가능하도록 연결해주기 때문이라고 기억하면 됩니다. 컴파일과 링크를 합쳐서 실행가능한 파일을 만드는 과정을 빌드라고 부릅니다.
- native code란? : OS에 의해서 직접적으로 컴파일 되는 코드를 의미합니다. 예를 들어서 C/C++ 입니다.
- managed code란? : 구동을 시키기 위해서 interpreter라고 불리는 다른 프로그램이 반드시 요구되는 코드를 의미합니다. 예를 들어서 C#, java, python입니다.
- 네이비브와 메니지드를 굳이 명확해서 구분해서 사용하는 것 같지는 않습니다.
Binary Code, Byte Code
C언어를 기반으로한 소스코드.c를 컴파일하면 오브젝트.o 파일이 생성됩니다. 오브젝트 파일은 0과 1로 이루어져 있습니다. 즉, 컴파일 후에 이미 컴퓨터가 이해할 수 있는 이진 코드로 변환된 상태입니다. 오브젝트 파일은 컴퓨터가 이해할 수 있는 구조이지만 실행할 수는 없는 형태입니다. 완전히 기계어로 변환되어야(Link)되어야 실행될 수 있기 때문입니다. 반대로 생각하면 실행파일은 컴퓨터가 이해할 수 있는 완벽한 기계어입니다.
Java에서는 컴파일러Javac에 의해서 소스파일.java가 오브젝트.class로 변환될 때 0과 1로 이루어진 바이너리 이진코드가 되는 것이 아니라, byte code로 변환됩니다. Byte Code는 가상 머신이 이해할 수 있는 언어입니다. 즉, java의 가상 머신에서 이해할 수 있는 정도로 컴파일된다고 생각하면 됩니다. Byte Code는 다시 실시간 번역기 Just-In-Time(JIT) Compiler에 의해서 실시간으로 기계어를 생성합니다.
Python
두 가지 의미가 있습니다.
- 프로그래밍 언어
- 파이썬 언어를 이해하고 실행하는 구현체(Implementation)
CPython과 PyPy는 모두 Python 구현체입니다. 여기서 구현체라는 말을 우선은 interpreter라고 생각하고, 아래 내용을 읽으면서 하나씩 제대로 이해하는게 좋습니다.
Cpython
CPython is the reference implementation of the Python programming language. Written in C and Python, CPython is the default and most widely used implementation of the language. CPython can be defined as both an interpreter and a compiler as it compiles Python code into bytecode before interpreting it.
CPython은 python code를 먼저 bytecode로 변환한 뒤, interpreting을 진행합니다. 따라서 CPython은 compiler의 역할과 interpreter의 역할을 모두 수행합니다.
RPython
RPython은 그 자체로 언어가 아닙니다. Python Language의 부분집합입니다. RPython에 대한 정의는, 어떤 syntax가 아니라, RPython translation toolchain이라는 framework가 accept할 수 있는 모든 것입니다.
모든 RPython 코드는 Python interpreter로 실행될 수 있습니다. 차이점은 RPython을 RPython translation toolchain을 사용해서 컴파일하면 C code기반의 바이너리가 생성됩니다. 따라서 컴파일 이후에는 더 빠르게 실행할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 아직 모든 python의 feature를 지원하지는 못한다는 단점이 있습니다.
Pypy
pypy라고 하면 두 가지의미가 있습니다. 첫 번째는 RPython translation toolchain를 의미합니다. 두 번째는 RPython translation toolchain과 함께 생성된 파이썬의 특정 구현을 의미합니다. 하지만 일반적으로 pypy는 두 번째를 의미하며 RPython translation toolchain는 RPython translation toolchain라고 명시적으로 언급합니다.
- RPython으로 소스코드를 작성하고
-
RPython translation toolchain을 적용하여 c 기반 binary를 생성하고 - 이 binary를 실행하기 위해서 python interperter인 PyPy를 사용합니다.
-
PyPy=the Python implementation=Python interpreter produced with RPython translation toolchain -
RPython translation toolchain=framework.
정리
- Python Code —CPython—> Byte Code로 변환 —CPython—> interpreting -> 실행
- RPython Code —RPython translation toolchain–> C 기반 Binary Code로 변환한 뒤 —PyPy–> 실행
Reference
- https://shrtorznzl.tistory.com/82
- https://maori.geek.nz/rpython-is-not-a-language-an-introduction-to-the-rpython-language-9f48c7a3047
- https://doc.pypy.org/en/latest/introduction.html
Success Notice:
수고하셨습니다. 
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