[Node.js] Node.js의 C++코어

이 글의 목적

 

널리 사용되는 서버측 JavaScript 런타임인 Node.js는 아키텍처의 기반이 되는 강력한 C++ 코어 덕분에 성능과 효율성이 상당 부분 향상되었습니다. 이 블로그 게시물에서는 Node.js의 C++ 핵심이 무엇인지 살펴보고, 그 기능을 자세히 살펴보고, 이러한 중요한 구성 요소를 구현하기 위한 언어로 C++를 선택하는 이유에 대해 논의할 것입니다.

 

Node.js의 C++ 코어 이해

1. Node.js의 핵심: 이벤트 루프

• Node.js의 핵심에는 비동기 작업을 효율적으로 처리하는 중요한 메커니즘인 이벤트 루프가 있습니다.
• C++로 구현된 이벤트 루프는 Node.js가 여러 동시 연결을 관리하고 비차단 I/O 작업을 원활하게 수행할 수 있도록 보장합니다.

2. 비동기 I/O 작업

• Node.js는 파일 읽기, 네트워크 요청 등 비동기 I/O 작업을 처리하는 기능으로 유명합니다.
• C++ 코어는 Libuv 라이브러리와 협력하여 Node.js가 탁월한 성능으로 비차단 I/O 작업을 수행할 수 있게 해줍니다.

3. 플랫폼 간 호환성

• C++는 Node.js가 크로스 플랫폼이 될 수 있는 기반을 제공하여 다양한 운영 체제에서 일관된 동작을 제공합니다.
• 플랫폼별 세부 정보를 추상화함으로써 Node.js는 Linux, macOS, Windows 등에서 효율적으로 실행될 수 있습니다.

4. Libuv와의 통합

• Node.js의 핵심 구성요소인 Libuv는 C로 작성되었으며 이벤트 루프 및 비동기 I/O 작업을 담당합니다.
• C++ 코어는 Libuv와 원활하게 통합되어 플랫폼별 최적화 및 효율적인 리소스 관리 기능을 활용합니다.

5. 모듈 및 핵심 기능

• 'fs'(파일 시스템), 'http', 'net'과 같은 핵심 모듈을 C++로 구현하여 고성능 기능을 제공합니다.
• 이러한 모듈을 C++로 작성하면 성능이 중요한 작업을 정확하고 빠르게 처리할 수 있습니다.

6. 성능 및 낮은 수준의 액세스

• C++는 고성능과 시스템 리소스에 대한 낮은 수준의 액세스를 위해 선택되었습니다.
• 운영 체제와 직접 상호 작용하는 기능을 통해 Node.js는 리소스 관리를 최적화하고 I/O 작업을 효율적으로 처리할 수 있습니다.

C++를 선택한 이유

1. 성능 및 효율성

• C++는 성능으로 유명하므로 Node.js의 성능이 중요한 구성 요소에 이상적인 선택입니다.
• C++의 하위 수준 기능은 많은 수의 동시 연결 및 비동기 작업을 관리하는 데 필요한 효율성을 제공합니다.

실행 속도:

• C++는 컴파일된 언어입니다. 즉, 소스 코드가 실행되기 전에 기계어 코드로 번역됩니다. 이 컴파일 단계를 통해 고도로 최적화되고 효율적인 코드가 생성됩니다.
• C++의 컴파일 특성으로 인해 성능이 향상되므로 Node.js의 성능이 중요한 구성 요소에 매우 적합합니다.

 낮은 수준의 메모리 관리:

• C++는 메모리 관리에 대한 세밀한 제어를 제공합니다. 개발자는 메모리를 직접 할당 및 할당 해제하여 오버헤드를 최소화하고 리소스를 효율적으로 사용할 수 있습니다.
• Node.js와 같이 성능에 민감한 애플리케이션에서는 데이터 구조와 알고리즘을 최적화하기 위해 낮은 수준의 메모리 제어가 중요합니다.

인라인 조립:

• C++에서는 인라인 어셈블리를 사용할 수 있으므로 개발자는 특정 기계 수준 지침을 코드에 직접 작성할 수 있습니다. 이 수준의 제어는 중요한 섹션의 성능 조정에 유용합니다.

최적화된 데이터 구조:

• C++는 배열 및 포인터와 같은 효율적인 데이터 구조의 사용을 지원하므로 개발자는 속도 및 메모리 사용에 맞게 알고리즘을 최적화할 수 있습니다.

2. 시스템 리소스에 대한 낮은 수준의 액세스

• 서버 측 런타임인 Node.js는 시스템 리소스에 대한 C++의 낮은 수준 액세스를 활용하여 효율적인 I/O 작업 및 리소스 관리를 가능하게 합니다.

직접 시스템 호출:

• C++에서는 직접적인 시스템 호출이 가능하므로 Node.js가 낮은 수준에서 시스템 리소스와 상호 작용할 수 있습니다. 이는 효율적인 I/O 작업과 리소스 관리가 가장 중요한 Node.js와 같은 서버 측 런타임에 특히 중요합니다.

하드웨어 인터페이스:

• C++를 사용하면 개발자가 하드웨어와 직접 인터페이스할 수 있으므로 고급 언어에서는 달성할 수 없는 특수 기능 및 최적화를 구현할 수 있습니다.

시스템 리소스 제어:

• 시스템 리소스를 직접 제어하는 ​​기능을 통해 Node.js는 기본 하드웨어 및 운영 체제에 따라 동작을 최적화할 수 있습니다.

3. Libuv 통합

• Node.js의 핵심 부분인 Libuv는 C로 작성되었습니다. 코어에 C++를 사용하면 Libuv와 원활하게 통합되어 비동기 I/O 및 이벤트 중심 프로그래밍 기능을 활용할 수 있습니다.

Node.js의 C 코어:

• Node.js의 핵심 구성 요소인 Libuv는 C로 작성되었습니다. 핵심에서 C++를 사용하면 Libuv와 원활하게 통합되어 JavaScript 런타임과 기본 시스템 간의 통신이 단순화됩니다.

비동기 I/O 활용:

• Libuv는 비동기 I/O 작업에 대한 추상화를 제공합니다. C++ 통합을 통해 Node.js는 Libuv의 기능을 최대한 활용하여 Node.js의 비동기식 비차단 I/O 모델에 기여합니다.

4. 크로스 플랫폼 개발

• C++는 크로스 플랫폼 개발을 촉진하므로 Node.js가 성능 저하 없이 다양한 운영 체제에서 일관되게 실행될 수 있습니다.

플랫폼 추상화:

• C++는 Node.js가 다양한 운영 체제에서 일관되게 개발되고 실행될 수 있도록 하는 추상화 수준을 제공합니다.
• 플랫폼별 세부 정보를 보다 효율적으로 관리할 수 있으므로 Node.js가 기본 시스템에 관계없이 예측 가능하게 작동합니다.

컴파일러 일관성:

• C++에서 표준화된 컴파일러를 사용하면 플랫폼 전체에서 일관된 동작을 달성하는 데 도움이 됩니다. 이는 호환성을 유지하고 Node.js가 다양한 환경에서 안정적으로 실행되도록 보장하는 데 중요합니다.

5. 역사적 맥락과 생태계

• Node.js는 원래 JavaScript 런타임인 V8과의 통합 기능과 성능을 위해 C++를 선택한 Ryan Dahl이 개발했습니다.
• 기존 C 및 C++ 라이브러리를 활용하면 더 넓은 생태계에 기여하고 Node.js가 확립된 도구의 이점을 누릴 수 있습니다.

초기 디자인 선택:

• Node.js는 원래 JavaScript를 위한 고성능 서버 측 런타임의 필요성을 기반으로 디자인을 선택한 Ryan Dahl이 개발했습니다.
• C++는 Node.js 개발 초기 단계에서 V8 JavaScript 엔진과 필요한 성능 및 통합을 제공하기 위해 선택되었습니다.

기존 라이브러리 활용:

• 기존 C 및 C++ 라이브러리의 풍부한 생태계는 Node.js에 원활하게 통합될 수 있는 보물 같은 도구와 기능을 제공합니다.
• 이는 Node.js의 다양성에 기여하고 개발자가 다양한 작업에 대해 확립된 도구를 활용할 수 있도록 해줍니다.

결론

Node.js의 C++ 코어는 이 서버측 JavaScript 런타임이 탁월한 성능과 효율성을 제공할 수 있도록 하는 강력한 기반을 형성합니다. 이벤트 루프, 비동기 I/O 및 플랫폼 간 호환성과 같은 기능을 갖춘 C++ 코어는 Node.js의 성공에 중추적인 역할을 합니다. C++를 선택함으로써 Node.js는 성능과 사용 용이성 사이의 균형을 유지하여 확장 가능한 고성능 애플리케이션을 구축하기 위한 다재다능하고 강력한 플랫폼으로 만듭니다.

 

Node.js의 C++ 라이브러리?

1. Node.js 핵심 구현(C++ 핵심):
   • Node.js는 V8 JavaScript 엔진을 기반으로 구축되었으며 이벤트 루프, 비동기 I/O 작업 및 핵심 모듈을 포함한 기본 기능을 위해 C++ 코어를 활용합니다.
   • Node.js의 C++ 코어는 런타임 관리, 운영 체제와의 상호 작용, JavaScript 런타임 환경의 기반 제공을 담당합니다.
2. N-API(노드-API):
   • N-API는 개발자가 C 또는 C++를 사용하여 기본 애드온을 구축할 수 있도록 Node.js에서 제공하는 API입니다.
   • 수정 없이 다양한 Node.js 버전에서 컴파일하고 실행할 수 있는 애드온을 작성하기 위한 안정적이고 유지 관리되는 인터페이스 역할을 합니다.
   • N-API는 JavaScript 런타임 및 기본 시스템과 상호 작용할 수 있는 애드온 생성 프로세스를 단순화합니다.

   • nodejs 애드온을 사용하는 이유는 크게 다음과 같습니다. 
     1.   JS 스스로 사용하기 어려운 네이티브 api들에 접근하고 싶을 때 
     2.   C/C++에서 작성된 서드 파티 라이브러리와 통합하고 싶고, 이를 Node.js에서 직접 사용하고 싶을 때 
     3.   성능 이슈로 인해 C++ 모듈로 재작성하고 싶을 때

3. 기본 애드온:
   • Node.js는 C 또는 C++로 작성된 동적으로 연결된 공유 객체인 기본 애드온 생성을 지원합니다.
   • 네이티브 애드온을 사용하면 개발자는 C 또는 C++ 코드를 JavaScript 애플리케이션에 직접 통합하여 Node.js의 기능을 확장할 수 있습니다.
   • 이러한 애드온은 네이티브 API 액세스, 성능 최적화, 기존 C/C++ 라이브러리와의 통합 등 다양한 목적으로 사용될 수 있습니다.
4. 리부브:
   • 자체적으로 C++ 라이브러리는 아니지만 Libuv는 Node.js에서 비동기 I/O 작업을 처리하고 이벤트 루프를 제공하는 데 사용되는 C 라이브러리입니다.
   • Libuv는 Node.js의 필수 부분이며 C++ 코어와의 통합으로 비동기 작업 및 이벤트 중심 프로그래밍을 효율적으로 처리할 수 있습니다.