IPython의 병렬 아키텍처와 유연한 병렬 프로그래밍 모델, 제로MQ와 MPI라는 메시징 시스템을 상세히 설명하며 IPython이 고성능 병렬 컴퓨팅에 적합한 이유를 논한다. 또한 IPython의 명령행과 내부 라이브러리, 데이터 시각화를 지원하는 여러 도구의 사용법을 일관된 예제와 함께 제공해 실제 개발 사례에 적용할 수 있도록 돕는다. 끝으로 테스트와 설명서라는 개발 단계까지 어떻게 지원하는지 알아본다.
토마스 비터만 (지은이)의 말
고성능 병렬 환경에서 활약 중인 IPython 6.0의 세계에 온 걸 환영한다. 지금까지는 파이썬이 관련 분야를 선도해왔으며, 이러한 강점을 기반으로 IPython이 만들어졌다.
고성능 컴퓨팅(HPC, High-performance computing)에는 다른 대다수 컴퓨팅 영역과 구별되는 많은 특징이 있다. 고성능 컴퓨팅의 특징과 IPython이 어떻게 판도를 바꾸는 기술이 될 수 있을지 간단히 요약한다.
우선 IPython 명령행을 설명한다. 주피터를 IPython 프로젝트로부터 분리했으므로 명령행은 개발자가 IPython 언어와 소통하는 기본 수단이다. 두 장에 걸쳐 설명할 만큼 중요한 주제다. 1장은 기초 명령어에 중점을 둬 IPython의 명령어 수행 방법을 설명한다. 2장은 좀 더 고급 명령어를 다루면서 명령행이 반드시 제공해야 하는 기능을 이해시킨다.
이어서 병렬 프로그래밍의 세부적인 내용을 설명한다. IPython에서 병렬 기능은 하나의 패키지로서 IPython으로 병렬 컴퓨팅을 수행하는 데 필요한 수많은 기능을 포함한다. 이 패키지는 유연한 병렬 프로그래밍 모델을 지원하며, 다중 병렬 아키텍처를 활용하는 데 매우 중요하다.
서로 다른 프로세서에서 병렬로 실행되는 프로그램들은 별도의 주소 공간이 있다 해도 종종 정보를 교환해야 한다. 이때 메시지 전송을 이용한다. 메시징 시스템인 제로MQ와 MPI를 소개하고, 두 시스템이 기존 프로그램에서 어떻게 쓰이며 IPython과 어떻게 상호작용하는지 다룬다.
사용자의 생산성을 강화할 수 있는 라이브러리도 자세히 알아본다. IPython 내에 들어있는 라이브러리와 외부 도구에서 제공하는 라이브러리를 포괄한다. 이 책이 다루는 많은 도구뿐만 아니라 다른 책에서도 계속 여러 도구를 설명하고 있지만, 병렬과 고성능 컴퓨팅 프로젝트에 적용할 만한 도구는 많지 않다.
IPython의 중요한 기능은 데이터셋과 결과의 시각화 지원이다. 언어에 내장된 기능과 외부 도구를 통한 지원을 포함해 IPython의 폭넓은 기능을 설명한다.
IPython에 대한 설명은 테스트와 설명서를 다루며 마무리한다. 종종 도외시되는 주제지만, 실패한 코드와 전문 코드를 분리해낼 때 중요하다. IPython이 2개발 단계를 어떻게 지원하는지 살펴본다. 끝으로 병렬 컴퓨팅 분야의 흐름을 논한다. 모든 기술이 늦어도 한 해 걸러 한 번씩은 변하는 점이 프로그래밍의 재미 중 하나다. 미래에 일어날 일을 예상해보자.
심지현 (옮긴이)의 말
오늘날은 바야흐로 빅데이터의 세상이다. 빅데이터가 일상에 깊숙이 스며들면서 대용량 분산 처리를 넘어 고성능 컴퓨팅과 병렬 컴퓨팅의 필요성도 자연히 커졌다. 과거 포트란이 주도하던 이 분야에 새롭게 등장한 강자가 바로 IPython이다.
IPython은 Interactive Python의 약자로 기존의 배치 처리 방식이 아닌 시스템과의 인터랙션을 강조한 고성능 컴퓨팅 언어다. IPython의 개발자인 페르난도 페레즈는 전통적인 파이썬에서 벗어나 명령행에서 인터랙티브하게 수행될 수 있는 노트북 형식의 인터페이스를 만들고자 했다. 그 결과 파이썬의 여러 강점과 객체지향 패러다임을 포함하는 IPython이 탄생했다.
이 책은 고성능 병렬 컴퓨팅의 관점에서 IPython이 갖는 고유한 특징을 면밀히 소개하고, 실제 프로젝트에 적용할 수 있도록 다양한 예제로 패키지와 라이브러리를 설명한다. 독자가 이해해야 할 핵심은 크게 세 가지다.
첫째, 고성능 병렬 컴퓨팅을 가능케 하는 IPython의 내부 병렬 아키텍처와 메시징 시스템이다. IPython의 병렬 아키텍처는 기본적으로 엔진, 컨트롤러, 허브, 스케줄러라는 네 개의 컴포넌트로 구성되는데, 실제 병렬 잡을 수행하는 엔진과 이를 관리하는 컨트롤러 (허브와 스케줄러를 포함)가 어떻게 동작하는지 보여준다. 또한 ipyparallel 라이브러리로 다양한 유형의 병렬 구조를 지원하는 방식도 설명한다. 더불어 병렬 프로세스 간 커뮤니케이션을 지원하는 대표적인 메시징 시스템인 제로MQ와 MPI도 살펴본다. 특히 제로MQ가 IPython의 내부 메시징 프레임워크로서 어떻게 쓰이고 있는지 예제와 함께 알아본다.
둘째, 앞서 설명한 병렬 아키텍처를 쉽고 효율적으로 다룰 수 있는 IPython의 내부 라이브러리를 알 수 있다. IPython이 제공하는 API를 사용하면 병렬 계산 결과에 접근하고 조작하거나 성능 프로파일링 등을 수행할 수 있다. 이 중 비동기식 호출을 가능케 하는 AsyncResult, 잡을 제어하는 Client 클래스, 여러 엔진을 하나의 엔티티처럼 다룰 수 있는 DirectView, 스케줄러를 사용해 블로킹 없이 다수의 잡을 실행하는 LoadBalancedView를 중점적으로 살펴본다.
셋째, IPython을 더욱 풍부하게 사용할 수 있는 외부 도구와 언어를 다룬다. 이 책은 두 가지 목적으로 나눠 설명하는데, 먼저 복잡한 컴퓨팅을 지원하는 외부 언어와의 통합이다. 통계에 적합한 R, 수 계산에 특화된 옥타브, 빅데이터 분석에 유용한 하이 등을 논한다. 다음은 데이터 시각화를 위한 외부 도구와의 통합이다. 파이썬 기반의 2D 그래프 라이브러리인 matplotlib, 파이썬 대화형 시각화 라이브러리인 보케, 그리고 R 등을 예제 코드와 함께 다룬다.
이 밖에도 모든 개발 프로젝트의 기본인 테스트와 설명서도 빼놓지 않는다.
과학과 공학 분야에 걸쳐 고성능 컴퓨팅 자원을 반드시 필요로 하는 문제들이 점차 늘어나고 있다. 또한 높은 성능과 확장을 위해 클라우드와 같은 병렬 컴퓨팅에 점점 더 의존하고 있다. IPython은 병렬 컴퓨팅을 위한 새로운 아키텍처와 병렬 장비로의 강력하고 유연한 인터페이스를 제공한다. 이 책을 통해 고성능 병렬 컴퓨팅에 IPython을 적극적으로 활용해보고 IPython의 가치를 스스로 평가해보길 바란다.
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