소프트웨어 엔지니어라면 누구나 마주할 수 있는 예기치 못한 성능 문제를 발견하고, 평가하며 해결하는 방법을 설명하는 책이다. 저자가 수많은 세월을 걸쳐 겪어온 문제들과 이를 정확히 간파하는 방법을 제시하고 도구들을 설명한다. 4가지 근본이 되는 하드웨어 자원을 설명하고 이들의 상호작용을 이해하며 다양한 도구와 함께 분석한다. 이 책을 끝까지 읽은 후에는 모호했던 문제를 더욱 정확히 이해하고 해결 방법을 스스로 찾을 힘을 얻게 될 것이다.

저자는 요즘 거의 볼 수 없을 만큼 놀라운 방법으로 문제를 해결한다. 단순히 추측만 하는 것은 좋아하지 않으며 문제 해결의 모든 현상을 이해해야 한다고 늘 주장한다. 하드웨어와 소프트웨어가 포함된 현대의 컴퓨터 시스템의 복잡한 문제를 마주할 때, 대부분의 프로그래머는 무슨 일이 발생하는지 대강 짐작하며 성능 디버깅을 시작할 뿐 아니라 손쉽게 해결할 수 있다는 희망을 품고 “이것도 시도해보고, 저것도 시도해보며” 문제에 접근한다. 이런 방법을 사용하는 사람들은 프로그램의 성능을 저하하는 복잡한 상호 작용을 진짜로 찾을 가능성은 암묵적으로 외면해버린다. 컴퓨터와 관련된 어떤 것이든 이해하는 것보다 더 중요할 수 있다는 생각은 저자에게는 통하지 않는다. 때로 프로그램의 동작을 측정할 수 있는 기본적인 도구가 없는 경우가 더러 있다. 그럴 때 저자는 프로그램의 동적인 동작을 잘 관찰할 수 있도록 실행에 필수적인 정보를 모아 시각화하는 프레임워크와 함께 관찰 도구를 구축한다.
저자의 놀라운 경력을 살펴보면 복잡한 컴퓨팅 시스템을 이해하는 능력을 자신하는 이유를 분명히 알 수 있다. 그는 1959년, 10세에 프로그래머가 됐고 컴퓨팅에 관한 호기심으로 프랜 앨런(Fran Allen), 프레드 브룩스(Fred Brooks), 존 코크(John Cocke), 돈 크누스(Don Knuth), 척 세이츠(Chuck Seitz) 같은 거물들과 긴밀하게 협력하며 연구해왔다. 이 산업에서 그가 이룬 업적들은 매우 광범위하다. DEC 알파 아키텍처를 공동 설계하는 일부터 어도비의 포토샵 작업, 지메일과 같은 구글 웹 서비스의 속도 향상에도 기여해왔다.
1995년 DEC에 합류하면서 내가 저자와 만났을 때 그는 이미 우리 분야에서 전설이었다. 저자가 구글에서 재임하는 동안 나는 그와 함께 하며 특별한 즐거움을 느껴왔을 뿐 아니라 그의 문제 해결 방식을 직접 지켜볼 수 있었다. 이 책의 독자들은 글의 명료함과 함께 하드웨어와 소프트웨어 상호작용에 관한 지식, 프로그램이 실행하며 남기는 상세한 흔적을 관찰하며 드러난 단서들로 어떻게 성능 디버깅 문제를 설명하는지 지켜보며 즐거워할 것이다. 이 책과 비교할 수 있는 다른 책이 없기 때문에 프로그래머와 컴퓨터 설계자 모두에게 아주 유용할 것이다. 이 책은 작가만큼이나 유일무이한 책이다.

◆ CPU와 메모리, 디스크/SSD, 네트워크 그리고 자원들간의 간섭과 관련된 문제를 측정하고 해결한다.
◆ 항상 느리게 동작하는 프로그램을 수정하고 뚜렷한 이유 없이 간헐적으로 지연되는 프로그램을 수정한다.
◆ 기대치와 성능 데이터의 차이가 발생하는 이유를 확인한다.
◆ 과도한 실행과 느린 명령어의 실행, 자원 사용을 대기하고 소프트웨어 락 등으로 발생한 문제를 규명한다.

프로그래밍 과제를 수행하며 설명된 소프트웨어 관찰 도구를 구현하고자 하는 독자에게 특히 권장되는 책이다. 이 책 전반에 걸쳐 현대의 복잡한 프로세서와 성능 향상 메커니즘에 관한 설명이 등장한다. 실수로 이런 메커니즘을 무력화한다면 더 큰 지연이 발생할 수 있다. 독자는 이 모든 것과 함께 컴퓨터 아키텍처와 마이크로 아키텍처에 대해 더 깊이 이해할 수 있을 것이다. 이 책은 소프트웨어 전문가와 수준 높은 학생을 위한 교과서다. 뿐만 아니라 컴퓨터 하드웨어 설계자, 운영체제 개발자, 시스템 아키텍처 IT 전문가, 실시간 시스템 설계자 및 게임 개발자가 관심을 가질 만한 내용도 다룬다. 사용자가 직면한 대기 시간에 집중해서 모든 프로그래머의 경력을 향상할 수 있는 기술을 얻게 될 것이다.

복잡한 소프트웨어의 성능을 이해하는 것은 대단히 어려운 일이다. 특히나 소프트웨어가 시간에 민감하고 가끔씩 제약 조건을 초과하는 경우라면 더 쉽지 않다. 소프트웨어 전문가는 소프트웨어의 다양한 동작에 대한 그림을 머릿속에 담고 있다. 이 그림에는 시간에 따라서 각 부분이 어떻게 동작하고 서로 상호작용을 하는지를 포함해 각 부분에 소요되는 시간의 추정치가 담겨 있다. 그들은 때론 이런 그림들을 문서화하기도 한다. 하지만 이런 소프트웨어가 제약된 시간을 충족하지 못할 때 지연된 원인과 성능에 이상이 생기는 근본적인 원인을 찾을 수 있는 도구는 거의 없다. 따라서 이 책은 소프트웨어 개발자와 학생들을 위한 교과서가 될 것이다.
소프트웨어 역동성이란 한 프로그램의 스레드 성능이나 실행 시간뿐 아니라 스레드 간, 또관련 없는 프로그램 사이 상호작용을 포함해서 운영체제와 사용자 프로그램 간 상호작용도 모두 포함한다. 복잡한 소프트웨어들은 이런 상호 작용의 영향으로 지연되곤 한다. 일부 코드가 차단되고 다시 깨울 때까지 대기하며 스케줄러가 CPU를 할당해주길 대기하거나 인터럽트 루틴이 CPU를 사용해서 모든 코드가 동작하지 않는 상태, 운영체제 서비스나 페이지 폴트 처리에 많은 시간을 쓰지만 눈에 보이지 않는 코드, I/O 디바이스나 네트워크 메시지를 기다리는 코드 등 다양한 경우가 발생한다.
시간에 민감한 소프트웨어는 기한이 정해진 정기적인 반복 작업이나 기한이 정해진 새로운 요청이 산발적으로 도착하는 작업을 모두 처리한다. 이런 작업은 비행기, 자동차, 산업용 로봇 등 움직이는 기계를 제어하는 신호를 전송하는 데 매우 엄격한 시간제한이 필요하기도 하고, 실시간으로 음성을 텍스트로 변환하는 일처럼 상대적으로 유연한 시간제한을 갖기도 한다. 또 고객의 정보가 담긴 데이터베이스를 조회하거나 웹 검색의 응답 속도처럼 좋은 성능을 기대하기도 한다. 마찬가지로 시간 제약은 휴대전화/태블릿/데스크톱/게임 등 사용자 인터페이스 응답 속도에도 적용된다. 시간 제약이라는 용어는 실시간이라는 용어보다 더 광범위하고 가끔은 엄격한 제한의 의미를 담기도 한다.
소프트웨어 테스크는 각각 신호나 요청, 그리고 결과나 응답을 포함한다. 신호와 결과 사이의 시간은 지연시간이나 응답 시간이라고 하며 기한이 정해져 있다. 기한을 초과한 테스크는 재앙과 실패하기도 하고, 다소 불편한 방법으로 종료되기도 한다. 이 책을 통해서 이런 실패의 근본적인 원인을 찾을 수 있는 방법을 배우게 될 것이다.

리처드 사이트(Richard L. Sites)

1959년 처음으로 컴퓨터 프로그램을 개발했다. 커리어의 대부분을 하드웨어와 소프트웨어의 극간을 연구하며 보냈으며, 특히 CPU/소프트웨어 성능의 상호작용에 관심을 가졌다. 벡스VAX 마이크로코드, DEC 알파 공동 설계자 그리고 오늘날 거의 모든 프로세서에서 볼 수 있는 성능 카운터를 개발했다. 또한 DEC, 어도비, 구글과 테슬라에서 적은 오버헤드만으로 마이크로코드와 소프트웨어를 추적해왔다. 1974년 스탠포드(Standford)에서 박사 학위를 취득했고 66개의 특허를 보유한 미국 국립 공학 아카데미(US National Academy of Engineering)의 회원이다.

소프트웨어 엔지니어라면 누구나 한 번쯤 내가 작성한 소프트웨어 성능을 의심하고 고민하며 밤을 지새워 본 적이 있을 것입니다. 고도화된 프레임워크와 수많은 오픈소스를 활용하며, 사용자 다수가 이용하는 소프트웨어를 개발하는 엔지니어에게는 더욱 민감한 문제가 아닐 수 없을 것입니다. 역자의 짧은 경력 안에서도 소프트웨어를 개발하면서 안개가 낀 듯 관측하기 어렵고, 원인을 집어내기 까다로운 성능 문제들을 만나 두려움에 가슴이 뛰었던 날을 기억합니다. 모순적이게도 원인을 관측하기 어렵고 해결법이 모호해 나아가기 힘든 상황일수록 오히려 자연히 해소되는 천운은 더욱 피하고 싶었습니다.
저자는 우리가 피하고 싶은 이 안개가 걷히는 방법을 책 속에서 제시합니다. 소프트웨어 성능에 영향을 주는 4가지 근본이 되는 하드웨어 자원을 설명하고 이들의 상호작용의 이해와 구조적인 분석을 통해 성능의 병목을 가시적으로 확인하는 방법과 더불어 해결법을 서술합니다. 그뿐만 아니라, 다양한 커널 도구들과 함께 KUtrace를 활용해 잠재적인 문제를 찾아내는 방법도 독자에게 제공합니다.
이 책은 저자가 하드웨어와 소프트웨어의 상호작용을 이해하며 성능을 개선하기 위해 보내온 수많은 세월의 결과를 집대성한 책이기도 합니다. 추상적인 개념만을 소개하는 것이 아닌, 구체적인 사례를 제시함으로써 독자들은 이 글을 통해 저자의 경험에 공감하며 행간에 담긴 내용을 이해할 수 있을 것입니다.
이 책을 한국어로 옮기는 과정 자체만으로도 짧은 제 경력에 큰 영향을 주는 값진 경험이 됐습니다. 안개가 낀 듯한 제 소프트웨어는 현재도 다름이 없겠지만, 그 안개 속을 나아가는 방법을 알게 됐고, 뿌연 상황 속에서 어떤 곳에 초점을 맞춰야 할지 생각할 수 있는 힘을 얻게 됐습니다. "A man should look for what is, and not for what he thinks should be(존재할 것이라고 믿는 것이 아니라 찾아내야 한다)."라고 저자가 책 속에 인용했던 알베르트 아인슈타인의 말처럼 흔적을 남기고 그 흔적을 통해 원인을 찾아 개선해내는 유능한 엔지니어가 가는 길을 이 경험과 함께 좇고자 합니다.

최왕용

국내 퍼블릭 클라우드 프로바이더에서 소프트웨어 엔지니어로 클라우드 상품을 개발하고 있다. 주로 로드 밸런서와 같은 네트워크 상품을 개발하며, 소프트웨어 아키텍처와 시스템 구조에 관심을 두고 있다. 함께 일하고 싶은 소프트웨어 엔지니어가 되고자 한 걸음씩 성장하고 있다.