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「プログラマーのためのCPU入門」は入り口として丁度よい!
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February 28, 2024
Programming
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「プログラマーのためのCPU入門」は入り口として丁度よい!
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February 28, 2024
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Transcript
「プログラマーのためのCPU入門」 は入り口として丁度よい! ~ Webエンジニア目線 ~ 1 株式会社ラクーンホールディングス 技術戦略部 羽山純
自己紹介 • 名前 ◦ 羽山 純(Jun Hayama) • 所属 ◦
株式会社ラクーンホールディングス 技術戦略部 • 技術領域 ◦ バックエンド・インフラ ◦ パフォーマンス改善 ▪ MySQLでプライマリキーをUUIDにする前に知っておいて欲しいこと ◦ AI(企業審査AI) • 個人活動 ◦ アプリ開発 2
紹介する書籍 プログラマーのためのCPU入門 - CPUは如何にしてソフトウェアを 高速に実行するか いわゆる「低レイヤ」の書籍です 3 Takenobu Tani.(2023-1-25).“プログラマーのためのCPU入門 -
CPUは如何にしてソフトウェアを高速に実行するか”.ラムダ ノート.https://www.lambdanote.com/products/cpu
「低レイヤ」について、こう思っていませんか? • WebエンジニアにはCPUほどの低レイヤは必要ない • クラウド環境だから細かいことを考えなくてもよい • 現代のCPUは十分に速いから気にしなくてもよい → そんなことはありません 4
本書で得られるメリット(1) 本書で得られるメリット(1) カーネルの理解を深められる 5
カーネルの知識を深められる 上位レイヤは下位レイヤに依存し、 各レイヤの習得には1~2レイヤ下までの知識が必要です 本書はCPUへの理解を通して カーネルの理解を深めてくれます 6 アプリケーション ライブラリ・FW ランタイム・VM コンパイラ
ユーザー空間 カーネル ハードウェア OS CPU 他 言語 依存 依存 依存 依存 依存
本書で得られるメリット(2) 本書で得られるメリット(2) 長く生きる汎用的な知識と問題解決力 7
山で遭難したら登れ 「山で遭難したら登れ」と言われます 逆すり鉢の形状で山頂に近づくほど狭くなるため 登ると正規ルートに復帰できる可能性が 高くなります この形は先ほどの「低レイヤ」の図 と似てませんか? 8
低レイヤほどバリエーションが減少 アプリケーションは要件やサービスだけ星の数ほど ライブラリ・FW は Django, Flask, SpringBoot, Rails, , ,
その下層は Python, Java, Ruby, , , OS は Linux がデファクト 低レイヤほどバリエーションが少なく 長く使える汎用的な知識となります 9 アプリケーション ライブラリ・FW ランタイム・VM コンパイラ ユーザー空間 カーネル ハードウェア OS CPU 他 言語
問題解決力 問題解決では、順に低レイヤに降りると解決しやすいです いずこかで発生した問題に対し、 降りられる限界のレイヤが そのエンジニアの力量です 本書でCPUの知識を通して カーネルへの理解を深めると 問題解決力が上昇します 10 アプリケーション
ライブラリ・FW ランタイム・VM コンパイラ ユーザー空間 カーネル ハードウェア OS CPU 他 言語
本書で得られるメリット(3) 本書で得られるメリット(3) パフォーマンスはやっぱり大切 11
アプリ・インフラの高速化のヒントがたくさん • システムコールが遅い理由を仕組みから理解できた • メモリは仮想記憶のため1度の取得に2回のアクセスが必要 ◦ 仮想アドレスと物理アドレスをページテーブルで変換 ◦ ページテーブルのキャッシュ(TLB)をミスするととても遅い ◦
巨大なメモリ空間を利用するとページテーブルが肥大化する • メモリはCPUより4倍ほど遅いが、L1キャッシュミスすると 100倍ほどまで遅くなる、メインメモリはとても遅い ◦ 小さいメモリ空間の利用は速いが、巨大なメモリ空間をランダ ムで使うと、キャッシュミスして100~1000倍は遅い • 複数コア・マルチスレッドで同一アドレスへの書き込みを行 うと「コヒーレンスミス」が発生して非常に遅い ◦ マルチプロセスモデルの方が優れているシーンもある 12
まとめと余談 Webエンジニア目線で本書は CPUを通してカーネルの知識を深めるために有用です そして、効率的なアルゴリズムを組むのに最適な知識が たくさん詰まっています パズルの最適解を探すアプリを開発していた時代に 出会っていたら、あと2割は演算を速くできたと思います 13