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Superb Platform과 Apps

우리 회사 플랫폼의 제품군은 크게 Label, Curate, Model, 그리고 Apps로 구성되어 있다.

고객이 업로드한 이미지나 비디오에서 Curate를 통해 데이터를 선별하고, Label에서 라벨을 붙이고, Model에서 AI 모델을 학습시켜 플랫폼 사용자는 나만의 Vision AI 모델을 손쉽게 API 형태로 사용할 수 있다.

그중 Apps는 고객이 플랫폼을 더 쉽고 유연하게 활용할 수 있도록 돕는 자동화 도구들을 제공한다.

주요 목적은 다음과 같다:

  • 기존에 다른 라벨링 툴에서 작업한 데이터를 Superb Platform 에 업로드
    • (ex. YOLO, COCO, Labelme 등 다양한 어노테이션 포맷 → Superb 형식으로 자동 변환 후 플랫폼에 업로드)
  • 이미지에서 사람 얼굴을 감지하고 자동으로 비식별화(blur)
  • OCR로 텍스트 영역을 자동 감지하고 바운딩 박스를 생성

즉, 고객이 “이사”오는 과정에서 겪는 여러 번거로운 과정을 자동화함으로써 onboarding을 부드럽게 만든다.


Apps는 어떻게 실행되는가?

Apps는 여러 기능들을 개별 app 형태로 제공하는 Superb Platform의 구성 요소이며, 각 app은 독립적인 컨테이너로 실행되어 Kubernetes 상에서 운영된다. 실행 흐름은 다음과 같다:

  1. 사용자가 웹 프론트를 통해 데이터를 업로드하면, 해당 파일은 S3에 저장된다.
  2. 지정된 app이 실행되어 S3의 입력 데이터를 내려받아 처리한다.
  3. 처리 결과는 다시 S3에 업로드되거나, 다운로드 링크 또는 플랫폼 내 리소스로 제공된다.
  4. 이 모든 과정은 Apps의 백엔드 서버와의 통신을 통해 상태 및 진행 상황이 관리된다.

개별 app은 다양한 개발자가 만들지만, 공통된 실행 흐름과 시스템 환경을 모두 이해해야만 동작하도록 만들고 싶지는 않았다.

AppWrapper의 목적은 앱 실행에 필요한 공통 작업들을 추상화하여, 개발자가 비즈니스 로직에만 집중할 수 있게 하는 것이었다.

하지만 이 실행 흐름은 단순해 보이는 것과 달리, 환경 설정, presigned URL 요청, 오류 처리, 결과 업로드 등을 앱마다 수작업으로 구현하면 유지보수와 품질 관리가 매우 어려워진다.


AppWrapper의 역할

Apps의 실행 흐름에는 파일 다운로드, 결과 업로드, 상태 보고 등 반복되는 작업이 필수적으로 포함된다. 이런 공통 작업을 자동으로 처리해주는 유틸리티가 바로 AppWrapper다.

AppWrapper는 클래스 데코레이터 방식으로 동작하며, 다음과 같은 실행 흐름을 관리한다:

앱 실행 전 (Pre-Processing)

  • 앱 실행에 필요한 입력 파일 목록파일 저장 경로, 작업 ID 등의 실행 정보를 시스템으로부터 전달받는다.
  • 전달받은 정보를 기반으로, 사용자가 웹에서 업로드한 파일들을 S3에서 가져와 Pod의 로컬 디렉터리에 저장한다. (정확히는 emptyDir 형태)
  • 만약 실행 준비 중 오류가 발생하면, 해당 작업은 즉시 실패 처리되고 상태가 백엔드로 보고된다.

앱 실행 중

  • 개발자가 작성한 process() 함수를 호출하여 실제 비즈니스 로직을 수행한다.
  • 예를 들어 다음과 같이 간단히 작성할 수 있다:
@AppWrapper()
def process():
    # 예: YOLO 라벨 포맷을 Superb 포맷으로 변환
    return {
        "type": "download",
        "file_path": "/tmp/converted.zip"
    }
    
process()

실행 후 (Post-Processing)

  • 결과의 타입이 download인 경우 → presigned PUT URL을 통해 파일 업로드 후 웹 프론트에서 사용자가 결과 파일 download 가능
  • 결과의 타입이 link인 경우 → URL 그대로 반환
  • 상태 업데이트 및 로그 저장 (S3에 로그 업로드 포함)

결과 포맷은 단순하지만 명확하다

이 통일된 구조 덕분에, 어떤 앱이든 동일한 방식으로 결과를 처리할 수 있다.

Case 1: type이 link인 경우

{
    "type": "link",
    "url": "특정url",
    "label": "Go to Project"
}

  • app의 결과물이 hyperlink인 경우
  • url key가 필요 (ex) platform의 특정 url)
  • label key는 화면에서 보여줄 내용 (ex) 아래 사진에 가장 오른쪽 “Go to Project “버튼 )

 

Case 2: type이 download인 경우

  • app의 결과물이 파일인경우
  • file_path key가 필요 (Pod 내부의 파일 경로)

AppWrapper의 도입 효과

항목 개선 전 개선 후 
코드 중복 presigned 요청, S3 처리 반복 데코레이터로 추상화
예외 처리 앱마다 오류 처리 제각각 실패 시 상태 일괄 업데이트
로그 수집 개발자가 직접 구현 자동 S3 업로드
개발 속도 새로운 앱 추가 시 부가작업 다수 비지니스 로직만 구현하면 끝

 

이 구조 덕분에 앱 개발자는 “파일을 어떻게 받을지, 어디에 저장할지, 상태를 어떻게 보고할지” 같은 운영상의 디테일을 몰라도 앱 로직만 작성하면 된다.


실제 AppWrapper 데코레이터 내부는 어떻게 구현되어 있을까?

AppWrapper는 클래스지만, __call__ 메서드를 구현함으로써 함수 데코레이터처럼 동작한다. 로컬 모드와 운영 모드가 명확히 분기되어 있어 개발/운영 환경에서 모두 활용 가능하고, 예외 발생 시 즉시 로그 저장 & 상태 보고를 통해 시스템 안정성 확보한다.

class AppWrapper:
	....
    
	def __call__(self, func):
        def inner(*args, **kwargs):
            if self.LOCAL_MODE:
                try:
                    result = func(*args, **kwargs) 
                except Exception as e:
                    logger.error(e)
                    sys.exit(1)
            else:
                try:
                    result = func(*args, **kwargs) # 비지니스 로직 함수
                except Exception as e:
                    logger.error(traceback.format_exc())

                    .....

                    if task_data["Task"]["status"] != Status.Canceled.value:
                        self.send_pod_log_to_s3() # pod 로그 s3로 전송
                        self.update_status(Status.Failed.value, str(e))

                try:
                    # 반환된 결과 포맷 유효성 검사
                    self.validate_result_format(result)

                    # 파일이 포함된 경우 업로드
                    if result["type"] == "download":
                        self.upload_file_to_s3(result)

                    # 결과를 backend에 전송
                    data = {"task_id": self.task_id, "result": result}
                    self.send_pod_log_to_s3()
                    requests.post(
                        f"{self.TOAD_HOST}/output/",
                        data=json.dumps(data),
                    )

                    # 성공 상태 업데이트
                    self.update_status(Status.Complete.value, "App completed")

                except Exception as e:
                    error_log = f"Post app failed: {e}"
                    self.update_status(Status.Failed.value, error_log)

        return inner

AppWrapper는 어떻게 활용되고 있을까?

AppWrapper는 내부 앱 개발자들이 공통으로 사용할 수 있도록 구조화되어 있으며,

별도의 설치 없이 앱 코드에서 쉽게 가져다 사용할 수 있도록 PyPI에 패키징되어 배포되어 있다.

$ pip install AppWrapper
  • PyPI에 공개(링크)되어 있어 누구나 설치는 가능하지만, 소스 코드는 private GitHub repository에서 관리되고 있어 내부 사용자만 직접 수정하거나 검토할 수 있다.
  • 앱 개발자는 별도의 설정 없이 @AppWrapper 데코레이터만 붙이면, 파일 다운로드, 결과 업로드, 상태 보고, 로그 저장 등 반복되는 실행 흐름을 자동으로 처리할 수 있다.

개선 포인트와 앞으로의 방향

AppWrapper는 현재까지 수십 개의 앱에서 안정적으로 사용되며, 개별 app들의 실행 흐름에 많은 역할을 하고 있다.
하지만 실제 운영하면서 다음과 같은 개선 가능성도 보였다:

1. 단일 클래스가 너무 많은 책임을 가짐

  • 환경 초기화, 파일 다운로드/업로드, 상태 전송, 로그 처리, 예외 핸들링 등 너무 많은 역할이 한 클래스에 몰려 있다.
  • SRP(Single Responsibility Principle)를 따르는 구조로 리팩토링할 필요가 있다.
    (예: S3Client, StatusManager, ResultValidator 등으로 분리)

2. 결과 포맷의 유효성 검사는 코드로만 정의됨

  • result는 dict 형식에 "type", "url" 혹은 "file_path"가 필요하지만, 이를 Pydantic 등으로 명시하지 않았다. Pydantic 기반의 result schema 도입을 통해 유효성 검사를 개선할 수 있겠다.

 

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이번 장에서는 텍스트 형태의 코드를 컴파일 가능한 논리적 구조로 파싱하는 방법을 다룸

CPython은 코드를 파싱하기 위해 CST(concrete syntax tree)와 AST(abstract syntax tree) 두가지 구조를 사용

파싱 과정은 아래와 같음

  1. 파서-토크나이저 또는 렉서(lexer)가 CST를 생성
  2. 파서가 CST로 부터 AST를 생성

6.1 CST 생성

  • 파스 트리라고도 부르는 CST는 문맥 자유 문법에서 코드를 표현하는 루트와 순서가 있는 트리
  • 토크나이저와 파서가 CST를 생성. 파서 생성기는 문맥 자유 문법이 가질 수 있는 상태에 대한 결정적 유한 오토마타 파싱 테이블을 생성
  • CST에서 if_stmt같은 심벌은 분기로, 토큰과 단말 기호는 리프 노드로 표시

ex) 산술 표현식 a + 1 을 CST로 표현하면 아래와 같음

 

  • 산술 표현식은 크게 좌측 항, 연산자, 우측항으로 나뉨
  • 파서는 입력 스트미으로 들어오는 토큰들이 문법적으로 허용되는 토큰과 상태인지 확인하며 CST를 생성
  • CST를 구성하는 모든 심벌은 Grammar/Grammar 파일에서 정의
# L147
arith_expr: term (('+'|'-') term)*
term: factor (('*'|'@'|'/'|'%'|'//') factor)*
factor: ('+'|'-'|'~') factor | power
power: atom_expr ['**' factor]
atom_expr: [AWAIT] atom trailer*
atom: ('(' [yield_expr|testlist_comp] ')' |
       '[' [testlist_comp] ']' |
       '{' [dictorsetmaker] '}' |
       NAME | NUMBER | STRING+ | '...' | 'None' | 'True' | 'False')

토큰은 Grammar/Tokens 파일에서 정의

ENDMARKER
NAME
NUMBER
STRING
NEWLINE
INDENT
DEDENT

LPAR                    '('
RPAR                    ')'
LSQB                    '['
RSQB                    ']'
COLON                   ':'
COMMA                   ','
SEMI                    ';'
  • NAME 토큰은 변수나 함수, 클래스 모듈의 이름을 표현
  • 파이썬 문법에서 await이나 async 같은 예약어나 숫자 형식 또는 리터럴 타입 등은 NAME 값으로 쓸 수 없음
  • 예를 들어, 함수 이름으로 1을 사용하려고 하면 SyntaxError가 발생
>>> def 1():
  File "<python-input-0>", line 1
    def 1():
        ^
SyntaxError: invalid syntax

NUMBER는 다양한 숫자 형식 값을 표현하는 토큰으로 다음과 같은 특수 문법들을 사용할 수 있음

  • 8진수 값: 0o20
  • 16진수 값: 0x10
  • 이진수 값: 0b1000
  • 복소수 값: 10j
  • 부동 소수점 값: 1.01
  • 밑줄로 구분된 값: 1_000_000

6.2 파서-토크나이저

  • 렉서 구현은 프로그래밍 언어마다 다르고 렉서 생성기로 파서 생성기를 보완하는 언어도 있음
  • CPython의 파서-토크나이저는 C로 작성되었음

6.2.1 연관된 소스 파일 목록

  • Python/pythonrun.c : 파서와 컴파일러 실행
  • Parser/parsetok.c : 파서와 토크나이저 구현
  • Parser/tokenizer.c : 토크나이저 구현
  • Parser/tokenizer.h : 토큰 상태 등의 데이터 모델을 정의하는 토크나이저 구현 헤더 파일
  • Include/token.h : Tools/scripts/generate_token.py에 의해 생성되는 토큰 정의
  • Include/node.h : 토크나이저를 위한 CST 노드 인터페이스와 매크로

6.2.2 파일 데이터를 파서에 입력하기

  • 파서-토크나이저 진입점인 PyParser_ASTFromFileobject()는 파일 핸들과 컴파일러 플래그, PyArena 인스턴스를 받아 파일 객체를 모듈로 변환

파일을 2단계로 변환됨

  1. PyParser_ParseFileObject()를 사용해 CST로 변환
  2. AST 함수 PyAST_FromNodeObject()를 사용해 CST를 AST 또는 모듈로 변환

PyParser_ParseFileObject() 함수는 2가지 중요 작업을 수행

  1. PyTokenizer_FromFile()을 사용해 토크나이저 상태 tok_state를 초기화
  2. parsetok()을 사용해 토큰들을 CST(노드 리스트)로 변환

6.2.3 파서-토크나이저의 흐름

  • 커서가 텍스트 입력의 끝에 도달하거나 문법 오류가 발견될 때까지 파서와 토크나이저를 실행
// Parser/parsetok.c L164
node *
PyParser_ParseFileObject(FILE *fp, PyObject *filename,
                         const char *enc, grammar *g, int start,
                         const char *ps1, const char *ps2,
                         perrdetail *err_ret, int *flags)
{
    struct tok_state *tok; // (1)

    if (initerr(err_ret, filename) < 0)
        return NULL;

    if (PySys_Audit("compile", "OO", Py_None, err_ret->filename) < 0) {
        return NULL;
    }

    if ((tok = PyTokenizer_FromFile(fp, enc, ps1, ps2)) == NULL) {
        err_ret->error = E_NOMEM;
        return NULL;
    }
    if (*flags & PyPARSE_TYPE_COMMENTS) {
        tok->type_comments = 1;
    }
    Py_INCREF(err_ret->filename);
    tok->filename = err_ret->filename;
    return parsetok(tok, g, start, err_ret, flags);
}

(1) 파서-토크나이저는 실행 전에 토크나이저에서 사용하는 모든 상태를 저장하는 임시 데이터 구조인 tok_state를 초기화

  • tok_state 구조체
더보기
/* Tokenizer state */
struct tok_state {
    /* Input state; buf <= cur <= inp <= end */
    /* NB an entire line is held in the buffer */
    char *buf;          /* Input buffer, or NULL; malloc'ed if fp != NULL */
    char *cur;          /* Next character in buffer */
    char *inp;          /* End of data in buffer */
    const char *end;    /* End of input buffer if buf != NULL */
    const char *start;  /* Start of current token if not NULL */
    int done;           /* E_OK normally, E_EOF at EOF, otherwise error code */
    /* NB If done != E_OK, cur must be == inp!!! */
    FILE *fp;           /* Rest of input; NULL if tokenizing a string */
    int tabsize;        /* Tab spacing */
    int indent;         /* Current indentation index */
    int indstack[MAXINDENT];            /* Stack of indents */
    int atbol;          /* Nonzero if at begin of new line */
    int pendin;         /* Pending indents (if > 0) or dedents (if < 0) */
    const char *prompt, *nextprompt;          /* For interactive prompting */
    int lineno;         /* Current line number */
    int first_lineno;   /* First line of a single line or multi line string
                           expression (cf. issue 16806) */
    int level;          /* () [] {} Parentheses nesting level */
            /* Used to allow free continuations inside them */
    char parenstack[MAXLEVEL];
    int parenlinenostack[MAXLEVEL];
    PyObject *filename;
    /* Stuff for checking on different tab sizes */
    int altindstack[MAXINDENT];         /* Stack of alternate indents */
    /* Stuff for PEP 0263 */
    enum decoding_state decoding_state;
    int decoding_erred;         /* whether erred in decoding  */
    int read_coding_spec;       /* whether 'coding:...' has been read  */
    char *encoding;         /* Source encoding. */
    int cont_line;          /* whether we are in a continuation line. */
    const char* line_start;     /* pointer to start of current line */
    const char* multi_line_start; /* pointer to start of first line of
                                     a single line or multi line string
                                     expression (cf. issue 16806) */
    PyObject *decoding_readline; /* open(...).readline */
    PyObject *decoding_buffer;
    const char* enc;        /* Encoding for the current str. */
    char* str;
    char* input;       /* Tokenizer's newline translated copy of the string. */

    int type_comments;      /* Whether to look for type comments */

    /* async/await related fields (still needed depending on feature_version) */
    int async_hacks;     /* =1 if async/await aren't always keywords */
    int async_def;        /* =1 if tokens are inside an 'async def' body. */
    int async_def_indent; /* Indentation level of the outermost 'async def'. */
    int async_def_nl;     /* =1 if the outermost 'async def' had at least one
                             NEWLINE token after it. */
};

(2) 토크나이저 상태는 커서의 현재 위치 같은 정보를 저장 (Parser/tokenizer.h)

  • Parser/tokenizer.h
더보기
/* Tokenizer state */
struct tok_state {
    /* Input state; buf <= cur <= inp <= end */
    /* NB an entire line is held in the buffer */
    char *buf;          /* Input buffer, or NULL; malloc'ed if fp != NULL */
    char *cur;          /* Next character in buffer */
    char *inp;          /* End of data in buffer */
    const char *end;    /* End of input buffer if buf != NULL */
    const char *start;  /* Start of current token if not NULL */
    int done;           /* E_OK normally, E_EOF at EOF, otherwise error code */
    /* NB If done != E_OK, cur must be == inp!!! */
    FILE *fp;           /* Rest of input; NULL if tokenizing a string */
    int tabsize;        /* Tab spacing */
    int indent;         /* Current indentation index */
    int indstack[MAXINDENT];            /* Stack of indents */
    int atbol;          /* Nonzero if at begin of new line */
    int pendin;         /* Pending indents (if > 0) or dedents (if < 0) */
    const char *prompt, *nextprompt;          /* For interactive prompting */
    int lineno;         /* Current line number */
    int first_lineno;   /* First line of a single line or multi line string
                           expression (cf. issue 16806) */
    int level;          /* () [] {} Parentheses nesting level */
            /* Used to allow free continuations inside them */
    char parenstack[MAXLEVEL];
    int parenlinenostack[MAXLEVEL];
    PyObject *filename;
    /* Stuff for checking on different tab sizes */
    int altindstack[MAXINDENT];         /* Stack of alternate indents */
    /* Stuff for PEP 0263 */
    enum decoding_state decoding_state;
    int decoding_erred;         /* whether erred in decoding  */
    int read_coding_spec;       /* whether 'coding:...' has been read  */
    char *encoding;         /* Source encoding. */
    int cont_line;          /* whether we are in a continuation line. */
    const char* line_start;     /* pointer to start of current line */
    const char* multi_line_start; /* pointer to start of first line of
                                     a single line or multi line string
                                     expression (cf. issue 16806) */
    PyObject *decoding_readline; /* open(...).readline */
    PyObject *decoding_buffer;
    const char* enc;        /* Encoding for the current str. */
    char* str;
    char* input;       /* Tokenizer's newline translated copy of the string. */

    int type_comments;      /* Whether to look for type comments */

    /* async/await related fields (still needed depending on feature_version) */
    int async_hacks;     /* =1 if async/await aren't always keywords */
    int async_def;        /* =1 if tokens are inside an 'async def' body. */
    int async_def_indent; /* Indentation level of the outermost 'async def'. */
    int async_def_nl;     /* =1 if the outermost 'async def' had at least one
                             NEWLINE token after it. */
};
  • 파서-토크나이저는 tok_get()으로 다음 토큰을 얻고 그 아이디를 파서로 전달
// Parser/tokenizer.c L1174
/* Get next token, after space stripping etc. */

static int
tok_get(struct tok_state *tok, const char **p_start, const char **p_end)
{
	int c;
	int blankline, nonascii;
	*p_start = *p_end = NULL;
	nextline:
	tok->start = NULL;
	blankline = 0;
	/* Get indentation level */
	if (tok->atbol) {
	...
	return PyToken_OneChar(c);
	}
  • 파서는 파서 생성기 오토마타(DFA)로 CST에 노드를 추가

640줄이 넘는 tok_get()은 CPython 코드 중에서도 손꼽히게 복잡한 부분중 하나. 루프에서 토크나이저와 파서를 호출하는 과정은 아래와 같음

  • CST→AST로 변환하려면 PyParser_ParseFileObject()에서 반환된 CST의 루트인 node가 필요
node *
PyParser_ParseFileObject(FILE *fp, PyObject *filename,
                         const char *enc, grammar *g, int start,
                         const char *ps1, const char *ps2,
                         perrdetail *err_ret, int *flags)
{
    struct tok_state *tok;

    if (initerr(err_ret, filename) < 0)
        return NULL;

    if (PySys_Audit("compile", "OO", Py_None, err_ret->filename) < 0) {
        return NULL;
    }

    if ((tok = PyTokenizer_FromFile(fp, enc, ps1, ps2)) == NULL) {
        err_ret->error = E_NOMEM;
        return NULL;
    }
    if (*flags & PyPARSE_TYPE_COMMENTS) {
        tok->type_comments = 1;
    }
    Py_INCREF(err_ret->filename);
    tok->filename = err_ret->filename;
    return parsetok(tok, g, start, err_ret, flags);
}

 

노드 구조체는 Include/node.h에서 정의

typedef struct _node {
    short               n_type;
    char                *n_str;
    int                 n_lineno;
    int                 n_col_offset;
    int                 n_nchildren;
    struct _node        *n_child;
    int                 n_end_lineno;
    int                 n_end_col_offset;
} node;

 

CST는 구문, 토큰 아이디, 심벌을 모두 포함하기 때문에 컴파일러가 사용하기에는 적합하지 않음

AST를 살펴보기에 앞서 파서 단계의 결과를 확인하는 방법이 있는데, parser 모듈은 C함수의 파이썬 API를 제공

>>> import parser
st<stdin>:1: DeprecationWarning: The parser module is deprecated and will be removed in future versions of Python
>>> st = parser.expr('a+1')
>>> 
>>> 
>>> pprint(parser.st2list(st))
[258,
 [332,
  [306,
   [310,
    [311,
     [312,
      [313,
       [316,
        [317,
         [318,
          [319,
           [320,
            [321, [322, [323, [324, [325, [1, 'a']]]]]],
            [14, '+'],
            [321, [322, [323, [324, [325, [2, '1']]]]]]]]]]]]]]]]],
 [4, ''],
 [0, '']]
  • Parser 모듈의 출력은 숫자형식으로 make regen-grammar 단계에서 Include/token.h파일에 저장된 코튼과 심벌의 번호와 같음

좀더 보기 쉽게 symbol과 token 모듈의 모든 번호로 딕셔너리를 만든 후 parser.st2list()의 출력을 토큰과 심벌의 이름으로 재귀적으로 바꾸면 아래와 같음

import symbol
import token
import parser
from pprint import pprint

def lex(expression):
    symbols = {v: k for k, v in symbol.__dict__.items() if isinstance(v, int)}
    tokens = {v: k for k, v in token.__dict__.items() if isinstance(v, int)}
    lexicon = {**symbols, **tokens}
    st = parser.expr(expression)
    st_list = parser.st2list(st)

    def replace(l: list):
        r = []
        for i in l:
            if isinstance(i, list):
                r.append(replace(i))
            else:
                if i in lexicon:
                    r.append(lexicon[i])
                else:
                    r.append(i)
        return r

    return replace(st_list)

pprint(lex("a + 1"))
['eval_input',
 ['testlist',
  ['test',
   ['or_test',
    ['and_test',
     ['not_test',
      ['comparison',
       ['expr',
        ['xor_expr',
         ['and_expr',
          ['shift_expr',
           ['arith_expr',
            ['term',
             ['factor', ['power', ['atom_expr', ['atom', ['NAME', 'a']]]]]],
            ['PLUS', '+'],
            ['term',
             ['factor',
              ['power', ['atom_expr', ['atom', ['NUMBER', '1']]]]]]]]]]]]]]]]],
 ['NEWLINE', ''],
 ['ENDMARKER', '']]
  • symbol은 arith_expr 처럼 소문자로, 토큰은 NUMBER처럼 대문자로 출력

 

6.3 추상 구문 트리

  • 파서가 생성한 CST를 실행가능하면서 좀 더 논리적으로 변환하는 단계
  • CST는 코드 파일의 텍스트를 있는 그대로 표현하는 구조로, 텍스트로부터 토큰을 추출하여 토큰 종류만 구분해 둔 상태에 불과
  • CST로 기본적인 문법 구조는 알 수 있지만 함수, 스코프, 루프 같은 파이썬 언어 사양에 대한 의미를 결정할 수 없음
  • 코드를 컴파일 하기 전 CST를 실제 파이썬 언어구조와 의미 요소를 표현하는 고수준 구조인 AST로 변환해야 함
  • 예를 들어 AST에서 이항 연산은 표현식의 한 종류인 BinOp로 표현. 해당 표현식은 세가지 요소로 이루어짐
  1. left: 왼쪽 항
  2. op: 연산자(+, -, * 등)
  3. right: 오른쪽 항

다음은 a + 1 에 대한 AST

 

  • AST는 CPython 파싱 과정 중에 생성하지만 표준 라이브러리 ast모듈을 사용해서 파이썬 코드에서 AST를 생성할 수도 있음

6.3.1 AST 연관된 소스 파일 목록

  • Include/python-ast.h: Parser/asdl_c.py 로 생성한 AST 노드 타입 선언
  • parser/Python.asdl: 도메인 특화 언어인 ASDL(abstract syntax description language) 5로 작성된 ast 노드 타입들과 프로퍼티 목록
  • Python/ast.c: AST 구현

6.3.2 인스타비즈로 AST 시각화하기

$ pip install instaviz
  • AST와 컴파일된 코드를 웹 인터페이스로 시각화 하는 파이썬 패키지
❯ python                                                                     
Python 3.9.20 (main, Sep  6 2024, 19:03:56) 
[Clang 15.0.0 (clang-1500.3.9.4)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import instaviz
>>> def example():
...     a = 1
...     b = a + 1
...     return b
... 
>>> 
>>> instaviz.show(example)

 

  • 트리의 각 노드의 타입은 AST 노드 클래스
  • ast 모듈에서 찾을 수 있는 노드 클래스들은 모두 _ast.AST를 상속

  • CST와 달리, AST의 노드들은 특정 프로퍼티들을 통해 자식 노드와 연결됨
  • b = a + 1 이 선언된 줄과 연결된 assign 노드를 클릭하면 아래와 같음

  • Assign 노드는 2개의 프로퍼티를 가짐
  1. targets는 값이 할당될 이름의 목록. 언패킹을 통해 한 번에 여러 이름에 값을 할당할 수 있기 때문에 목록이 필요
  2. value는 이름에 할당할 값. 이 경우에 BinOp 표현식 a + 1 이 할당됨
  • BinOp노드는 세 개의 프로퍼티를 가짐
  1. left: 왼쪽 항
  2. op: 연산자, 이 경우에는 더 하기를 뜻하는 Add 노드(+)
  3. right: 오른쪽 항

 

6.3.3 AST 컴파일

  • C에서 AST를 컴파일하는 것을 매우 복잡한 작업으로 Python/ast.c 모듈은 5000줄이 넘는 코드로 이루어져 있음
  • AST의 공개 API는 CST와 파일 이름, 컴파일러 플래그 ,메모리 저장 영역을 인자로 받음
  • 반환 타입은 파이썬 모듈을 표현하는 mod_ty 타입으로 Include/Python-ast.h 에서 정의

mod_ty는 아래 4가지 모듈 타입 중 하나를 담는 컨테이너 구조체

  1. Module
  2. Interactive
  3. Expression
  4. FunctionType
  • 모듈 타입은 Parser/Python.asdl에서 정의하는데 문장, 표현식, 연산자, 컴프리헨션 타입들도 찾을 수 있음
  • AST가 생성하는 클래스들과 표준 라이브러리 ast 모듈의 클래스들은 Parser/Python.asdl에서 정의하는 타입들

Parser/Python.asdl 파일 내용의 일부

-- ASDL's 4 builtin types are:
-- identifier, int, string, constant

module Python
{
    mod = Module(stmt* body, type_ignore* type_ignores)
        | Interactive(stmt* body)
        | Expression(expr body)
        | FunctionType(expr* argtypes, expr returns)
  • ast 모듈은 문법을 다시 생성할 때 Include/Python-ast.h를 임포트하는데 이 파일은 Parser/Python.asdl에서 자동으로 생성됨
  • Include/Python-ast.h 파라미터와 이름은 Parser/Python.asdl의 정의를 따름
  • Include/Python-ast.h 의 mod_ty 타입은 Parser/Python.asdl 의 Module 정의로부터 생성됨
// Include/Python-ast.h
struct _mod {
    enum _mod_kind kind;
    union {
        struct {
            asdl_seq *body;
            asdl_seq *type_ignores;
        } Module;

        struct {
            asdl_seq *body;
        } Interactive;

        struct {
            expr_ty body;
        } Expression;

        struct {
            asdl_seq *argtypes;
            expr_ty returns;
        } FunctionType;

    } v;
};
  • Python/ast.c 는 이 C 헤더 파일에서 제공하는 구조체들을 사용해 필요한 데이터를 가리키는 포인터를 담은 구조체들을 신속하게 생성
  • AST의 진입점인 PyAST_FromNodeObject()는 TYPE(n)에 대한 switch 문을 실행
  • TYPE()은 CST 노드의 타입을 결정하는 매크로로 결과로 심벌 또는 토큰 타입을 반환
  • 루트 노드의 타입은 항상 Module, Interactive, Expression, FunctionType 중 하나
    • file_input일 경우 Module 타입
    • REPL 등으로 들어오는 eval_input 인 경우는 Expression 타입
  • Python/ast.c에는 각 타입에 대응되는 ast_for_xxx 이름의 C 함수들이 구현되어있음
  • 이 함수들은 CST의 노드 중에 해당 문에 대한 프로퍼티를 찾음

ex) 2 의 4제곱을 뜻하는 2 ** 4같은 제곱에 대한 표현식

  • ast_for_power()는 연산자가 Pow(제곱), 좌측은 e(2), 우측은 f(4)인 BinOp를 반환
// Python/ast.c L2716
static expr_ty
ast_for_power(struct compiling *c, const node *n)
{
    /* power: atom trailer* ('**' factor)*
     */
    expr_ty e;
    REQ(n, power);
    e = ast_for_atom_expr(c, CHILD(n, 0));
    if (!e)
        return NULL;
    if (NCH(n) == 1)
        return e;
    if (TYPE(CHILD(n, NCH(n) - 1)) == factor) {
        expr_ty f = ast_for_expr(c, CHILD(n, NCH(n) - 1));
        if (!f)
            return NULL;
        e = BinOp(e, Pow, f, LINENO(n), n->n_col_offset,
                  n->n_end_lineno, n->n_end_col_offset, c->c_arena);
    }
    return e;
}
import instaviz

def foo():
    2**4

instaviz.show(foo)

요약

  • 모든 타입의 문과 표현식에는 ast_for_xx() 생성자 함수가 있음
  • 함수의 인자들은 Parser/Python.asdl에서 정의하며 표준 라이브러리의 ast 모듈을 통해 외부에 제공
  • 표현식 또는 문이 자식 노드를 가지고 있으면 깊이 우선 탐색을 통해 자식 노드에 대한 ast_for_xx () 함수를 먼저 호출

 

6.4 중요한 용어들

  • AST(Abstract Syntax Tree): 파이썬 문법과 문장들에 대한 문맥 있는 트리 표현
  • CST(Concrete Syntax Tree): 토큰과 심벌에 대한 문맥 없는 트리 표현
  • 파스 트리 (Parse Tree): CST의 다른 이름
  • 토큰: 심벌의 종류 중 하나(ex) +)
  • 토큰화: 텍스트를 토큰으로 변환하는 과정
  • 파싱: 텍스트를 CST나 AST로 변환하는 과정

 

6.5 예제: ‘거의 같음’ 비교 연산자 추가하기

  • 새로운 문법인 거의 같음 연산자 (’~=’)을 추가하고 CPython을 컴파일
  • 아래와 같이 동작
    • 정수와 부동 소수점을 비교할 때 부동 소수점은 정수로 변환해 비교
    • 정수와 정수를 비교할 때는 일반 동등 연산자를 사용

REPL에서 새 연산자를 사용하면 아래와 같은 결과를 볼 수 있어야 함

>>> 1 ~= 1
True

>>> 1 ~= 1.0
True

>>> 1 ~= 1.01
True

>>> 1 ~= 1.9
False

  1. 먼저 CPython 문법을 변경해야 함. 비교 연산자들은 Grammar/python.gram 파일에 comp_op 심벌로 정의 (L398: L413)
comparison[expr_ty]:
    | a=bitwise_or b=compare_op_bitwise_or_pair+ {
        _Py_Compare(a, CHECK(_PyPegen_get_cmpops(p, b)), CHECK(_PyPegen_get_exprs(p, b)), EXTRA) }
    | bitwise_or
compare_op_bitwise_or_pair[CmpopExprPair*]:
    | eq_bitwise_or
    | noteq_bitwise_or
    | lte_bitwise_or
    | lt_bitwise_or
    | gte_bitwise_or
    | gt_bitwise_or
    | notin_bitwise_or
    | in_bitwise_or
    | isnot_bitwise_or
    | is_bitwise_or
    | ale_bitwise_or (추가된 내용)
  • compare_op_bitwise_or_pair 식에 ale_bitwise_or를 허용

L414: L424 에서 ale_bitwise_or 추가해서 ‘~=’ 단말 기호를 포함하는 식을 정의

eq_bitwise_or[CmpopExprPair*]: '==' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, Eq, a) }
noteq_bitwise_or[CmpopExprPair*]:
    | (tok='!=' { _PyPegen_check_barry_as_flufl(p, tok) ? NULL : tok}) a=bitwise_or {_PyPegen_cmpop_expr_pair(p, NotEq, a) }
lte_bitwise_or[CmpopExprPair*]: '<=' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, LtE, a) }
lt_bitwise_or[CmpopExprPair*]: '<' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, Lt, a) }
gte_bitwise_or[CmpopExprPair*]: '>=' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, GtE, a) }
gt_bitwise_or[CmpopExprPair*]: '>' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, Gt, a) }
notin_bitwise_or[CmpopExprPair*]: 'not' 'in' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, NotIn, a) }
in_bitwise_or[CmpopExprPair*]: 'in' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, In, a) }
isnot_bitwise_or[CmpopExprPair*]: 'is' 'not' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, IsNot, a) }
is_bitwise_or[CmpopExprPair*]: 'is' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, Is, a) }
ale_bitwise_or[CmpopExprPair*]: '~=' a=bitwise_or { _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, ALE, a) }  (추가된 내용)
  • _PyPegen_cmpop_expr_pair(p, ALE, a) 함수 호출은 AST에서 ‘거의 같음’ 연산자를 뜻하는 AlE(Almost Equal) 타입 cmpop 노드를 가져옴
  1. Grammar/Tokens에 토큰 추가 (L54)
ELLIPSIS                '...'
COLONEQUAL              ':='
ALMOSTEQUAL             '~=' (추가된 내용)
  1. 변경된 문법과 토큰을 C코드에 반영하기 위해 헤더를 다시 생성
❯ make regen-token regen-pegen
# Regenerate Doc/library/token-list.inc from Grammar/Tokens
# using Tools/scripts/generate_token.py
python3.9 ./Tools/scripts/generate_token.py rst \\
                ./Grammar/Tokens \\
                ./Doc/library/token-list.inc
# Regenerate Include/token.h from Grammar/Tokens
# using Tools/scripts/generate_token.py
python3.9 ./Tools/scripts/generate_token.py h \\
                ./Grammar/Tokens \\
                ./Include/token.h
# Regenerate Parser/token.c from Grammar/Tokens
# using Tools/scripts/generate_token.py
python3.9 ./Tools/scripts/generate_token.py c \\
                ./Grammar/Tokens \\
                ./Parser/token.c
# Regenerate Lib/token.py from Grammar/Tokens
# using Tools/scripts/generate_token.py
python3.9 ./Tools/scripts/generate_token.py py \\
                ./Grammar/Tokens \\
                ./Lib/token.py
PYTHONPATH=./Tools/peg_generator python3.9 -m pegen -q c \\
                ./Grammar/python.gram \\
                ./Grammar/Tokens \\
                -o ./Parser/pegen/parse.new.c
python3.9 ./Tools/scripts/update_file.py ./Parser/pegen/parse.c ./Parser/pegen/parse.new.c
  • 헤더를 다시 생성하면 토크나이저도 자동으로 변경됨. Parser/token.c 파일 안에 _PyParser_TokenNames 배열에 "ALMOSTEQUAL"추가 및 PyToken_TwoChars()함수의 case에 ‘~’와 ‘=’가 추가된 것을 확인 할 수 있음
const char * const _PyParser_TokenNames[] = {
	...
	"ALMOSTEQUAL",
	...
};

int
PyToken_TwoChars(int c1, int c2)
{
	switch (c1){
    case '~':
        switch (c2) {
        case '=': return ALMOSTEQUAL;
        }
        break;
        ...
  1. CPython을 다시 컴파일하고 REPL을 실행해보면 토크나이저는 새 토큰을 처리할 수 있지만 AST는 처리하지 못함

ast.c의 ast_for_comp_op()는 ALMOSTEQUAL을 올바른 비료 연산자로 인식할 수 없기 때문에 예외를 발생시킴

Parser/Python.asdl에 정의하는 Compare 표현식은 좌측 표현식 left, 연산자목록인 ops, 비교할 표현식 목록인 comparators로 이루어져 있음

Compare 정의는 cmpop 열거 형을 참조하면되고, 이 열거형은 비교 연산자로 사용할 수 있는 AST 리프 노드의 목록. 여기에 ‘거의 같음’ 연산자인 AlE를 추가

    cmpop = Eq | NotEq | Lt | LtE | Gt | GtE | Is | IsNot | In | NotIn | AlE

$ make regen-ast

Incude/Python-ast.h에서 비교 연산자를 정의하는 열거형인 _cmpop에 AlE가 추가된 것을 확인할 수 있음

//Include/Python-ast.h L30
typedef enum _cmpop { Eq=1, NotEq=2, Lt=3, LtE=4, Gt=5, GtE=6, Is=7, IsNot=8,
                      In=9, NotIn=10, AlE=11 } cmpop_ty;

AST는 ALMOSTEQUAL 토큰이 비교 연산자인 AlE라는 것을 아직 알 수 없어서, 토큰을 연산자로 인식할 수 있게 AST관련 C 코드를 수정

Python/ast.c의 ast_for_comp_op()로 이동해서 switch문을 찾아보면, _cmpop 열거형 값 중 하나를 반환 함

static cmpop_ty
ast_for_comp_op(struct compiling *c, const node *n)
{
    /* comp_op: '<'|'>'|'=='|'>='|'<='|'!='|'in'|'not' 'in'|'is'
               |'is' 'not'
    */
    REQ(n, comp_op);
    if (NCH(n) == 1)
    {
        n = CHILD(n, 0);
        switch (TYPE(n))
        {
        case LESS:
            return Lt;
        case GREATER:
            return Gt;
        case ALMOSTEQUAL: // 추가된 내용
            return AlE;   // 추가된 내용
        case EQEQUAL: /* == */
            return Eq;
        case LESSEQUAL:
            return LtE;
        case GREATEREQUAL:
            return GtE;
        case NOTEQUAL:
            return NotEq;
        case NAME:
            if (strcmp(STR(n), "in") == 0)
                return In;
            if (strcmp(STR(n), "is") == 0)
                return Is;
            /* fall through */

이제 토크나이저와 AST모두 코드를 파싱할 수 있지만 컴파일러는 아직 이 연산자를 실행하는 방법을 모름

AST로 거의 같음 연산자를 아래와 같이 확인해볼 수 있음

import ast
m = ast.parse('1 ~= 2')
m.body[0].value.ops[0]
<_ast.AlE object at 0x111111>
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03-2 IP 주소

네트워크 주소와 호스트 주소

  • 아래는 네트워크 주소가 16비트 , 호스트 주소가 16비트인 IP 주소의 예시

  • 네트워크 주소: 네트워크 ID, 네트워크 식별자로 불리기도 함
  • 호스트 주소: 호스트 ID, 호스트 식별자로 불리기도 함

  • 위와 같이 네트워크 주소가 하나의 옥텟으로 이루어져 있다면, 한 네트워크당 호스트 주소 할당에 3바이트 (24바이트)를 사용할 수 있어서 상대적으로 많은 호스트 IP 주소 할당 가능

  • 위와 같이 네트워크 주소가 3개의 옥텟으로 이루어져 있다면, 네트워크 당 호스트 주소 할 당에 1바이트(8비트)를 사용할 수 있으며 상대적으로 적은 IP 주소만 할당 가능
  • 위 예들처럼 IP 주소에서 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하는 범위는 유동적인데 각각 어느정도를 할당하는게 적당할까?

 

클래스풀 주소 체계

  • 클래스는 네트워크 크기에 따라 IP 주소를 분류하는 기준
  • 클래스를 이용하면 필요한 호스트 IP 개수에 따라 네트워크 크기를 가변적으로 조정해 네트워크 주소와 호스트 주소를 구획할 수 있음
  • 클래스를 기반으로 IP 주소를 관리하는 주소 체계를 클래스풀 주소 체계(classful addressing)라고 함

A, B, C 클래스가 있다고 가정

A 클래스

  • B, C클래스에 비해 할당 가능한 호스트 주소의 수가 많음
  • 네트워크 주소는 ‘’비트 ‘0’으로 시작하고 1옥텟으로 구성되며, 호스트 주소는 3옥텟. 이론상으로 $2^7(128)$ 개의 A클래스 네트워크가 존재할 수 있고 $2^{24}(16,777,216)$ 개의 호스트 주소를 가질 수 있음
  • A 클래스로 나타낼 수 있는 IP 주소의 최솟값을 10진수로 표현하면 0.0.0.0, 최대값은 127.255.255.255
  • 요컨대 가장 처음 옥텟의 주소가 0~127일 경우 A 클래스 주소임을 짐작할 수 있음

B 클래스

  • 네트워크 주소는 비트 ‘10’으로 시작하고 2옥텟으로 구성되며 호스트 주소도 2옥텟으로 구성
  • 이론상으로 $2^{14}(16,384)$개의 B클래스 네트워크와 $2^{16}(65,534)$개의 호스트 주소를 가질 수 있음
  • B클래스 IP 주소값의 최소값을 10진수로 표현하면, 128.0.0.0, 최대값은 191.255.255.255임
  • 가장 처음 옥텟의 주소가 128~192 일 경우 B클래스 주소임을 짐작할 수 있음

C 클래스

  • 네트워크 주소는 비트’110’으로 시작하고 3옥텟으로 구성되며 호스트 주소는 1옥텟으로 구성
  • 이론상으로 $2^{21}(2,097,152)$개의 C클래스 네트워크가 존재할 수 있고, 각 네트워크는 $2^8(256)$개의 호스트 주소를 가질 수 있음
  • C클래스 IP 주소값의 최소값을 10진수로 표현하면, 192.0.0.0, 최대값은 223.255.255.255임
  • 가장 처음 옥텟의 주소가 192~224일 경우 C클래스 주소임을 짐작할 수 있음

다만 호스트의 주소 공간을 모두 사용할 수 있는 것은 아님. 호스트 주소가 전부 0인 IP 주소는 해당 네트워크 ㅈ체를 의미하는 네트워크 주소로 사용되고, 호스트 주소가 모두 1인 IP 주소는 브로드캐스트를 위한 주소로 사용됨

 

References

 

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ARP(Address Resolution Protocol)

  • 통신을 주고 받고자 하는 호스트의 IP 주소는 알지만 MAC 주소는 모르는 경우 사용되는 프로토콜
  • 동일 네트워크 내에 있는 송수신 대상의 IP 주소를 통해 MAC 주소를 알아낼 수 있음

예시 상황

  • 동일 네트워크에 속한 호스트 A, B가 있음
  • 호스트 A는 호스트 B의 IP 주소는 알지만 MAC 주소는 모름
  • 이 상황에서 호스트 B의 MAC 주소를 알아내기 위해 ARP를 이용함

1. ARP 요청

  • 호스트 A는 브로드캐스트 메시지를 전송. 브로드캐스트 메시지란 네트워크에 속한 모든 호스트에게 보내는 메시지
  • 브로드캐스트 메시지는 ARP요청이라는 ARP 패킷

 

2. ARP 응답 (ARP Reply)

  • 호스트 B이외에 나머지 호스트들은 받은 메시지의 수신 IP가 자신의 IP 주소가 아니므로 무시
  • 호스트 B는 자신의 MAC 주소를 담은 유니캐스트 메시지를 A에게 전송 (1:1 통신을 위한 유니캐스트 메시지)
  • 유니캐스트 메시지 = ARP 응답이라는 ARP 패킷으로 이 메시지를 수신한 A는 B의 MAC 주소를 알게 됨

 

3. ARP 테이블 갱신

  • ARP 테이블: ARP 요청-응답을 통해 알게된 IP주소와 MAC 주소의 연관 관계를 기록한 테이블
  • 테이블 항목은 일정시간이 지나면 삭제되거나 임의 삭제도 가능
  • 테이블에 등록된 호스트에 대해선 ARP 요청을 보낼 필요 없음

 

ARP 패킷

  • ARP 요청과 응답 과정에서 송수신되는 패킷

  • 오퍼레이션 코드(Opcode; Operation Code) : ARP 요청의 경우 1, ARP 응답의 경우 2
  • 송신지 하드웨어 주소와 수신지 하드웨어 주소에는 MAC 주소
  • 송신지/수신지 프로토콜 주소에는 IP 주소

ARP 테이블 확인 (Mac OS 터미널)

$ arp -a

 

유의할 점

  • ARP 프로토콜은 같은 네트워크 내에 속해있는 호스트의 IP 주소를 통해 MAC 주소를 알아내는 프로토콜임
  • 그렇다면 다른 네트워크에 속해있는 IP 주소는 알지만 MAC 주소는 모르는 경우는?
  • 통신하고자 하는 호스트 A와 B가 서로 다른 네트워크에 속해있는 상황

 

1. ARP 요청/응답 과정을 통해 라우터 A의 MAC 주소를 알아낸 뒤, 이를 향해 패킷 전송

 

2. 라우터 A가 라우터 B의 MAC 주소를 모르는 경우에는 ARP 요청/응답 과정을 통해 라우터 B의 MAC 주소를 알아낸 뒤, 이를 향해 패킷 전송

 

3. 라우터 B가 호스트 B의 MAC 주소를 모르는 경우 ARP 요청/응답 과정을 통해 호스트 B의 MAC 주소를 알아낸 뒤, 이를 향해 패킷 전송

 

 

 

 

References

 

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