C# Performace Deep Dive - GC(Garbage Collection)
Garbage Collection(GC)
Garbage Collection이란?
- 개발자가 메로리의 할당/해제를 관리할 필요가 없도록 하는 높은 수준의 추상화입니다.
- 메모리 관리를 하면서 나타나는 버그 및 복잡성을 낮춥니다.
- Native의 수동 할당 이상의 메모리 관리성능을 제공합니다.
Garbage Collection Mechanism
Tracing Garbage Collection
- .Net CLR에서 사용되는 GC 메커니즘 입니다.
- Reference Counting 기반의 GC를 수행하지 않습니다.
- 개발자가 명시적으로 메모리 해제를 수행할 필요가 없으며, 메모리 사용량 임계치에
도달하기 전까지 할당 취소 비용이 발생하지 않음.- Mark Phase -> Sweep -> Compact 단계로 수행됨.
1. Mark Phase
- 응용 프로그램에서 참조하는 모든 개체의 그래프를 탐색.
- GC에 의해 형성된 객체의 참조 그래프와 Root를 설정함.
- Root부터 참조순회를 하며 Alive/Dead Object에 Marking을 합니다.
2. Sweep Phase
- Mark Phase 단계에서 Dead Object로 표시된 객체의 메모리를 해제합니다.
3. Compact Phase
- Sweep 단계에서 해제된 메모리가 곳곳에 구멍처럼 있으며, 이것을 조각화라고 합니다.
조각화된 메모리를 압축하는 단계 입니다.
Sweep And Compact Result
Garbage Collection Mode
- Garbage Collector는 사용자가 커스터마이징 할 수 없습니다.
- 하지만 여러가지 모드로 제공 됩니다.
- 클라이언트 / 고성능 서버 프로그램등에 시나리오에 대응하기 위해서 입니다.
[GC Mode]
- Workstation GC
- Concurrent Workstation GC
- Non-Concurrent Workstation GC
- ServerGC
이제 위 GC Mode의 특징을 하나씩 살펴 봅니다.
[Workstation GC] Concurrent Workstation GC
- 우리가 Mode설정을 하지 않는다면, 이것이 Default 설정 입니다.
- 별도의 전용 GC Thread가 존재 합니다.
- Sweep Phase 가 수행되면, 모든 Application Thread는 멈춥니다.
- GC Thread가 따로 존재, UI 반응성이 좋아 집니다.
- UI Thread 에서 GC가 Trigger 않도록 해야 합니다. 이 경우 UI 반응성에 대한 이점이 사라질 수 있습니다.
다음은 GC의 동작을 나타냅니다.
--- Dash Line은 Blocked Thread 상태.
- GC Trigger by Ui-Thread (Bad)
- Ui Thread가 blocked 되어 멈춥니다.
- GC-thread 와 Work(other)-thread가 경합하며 진행됩니다.
- 경합 과정에서 메모리 해제가 늦어지고, 이는 Ui-thread의 대기상태가 길어짐을 의미합니다.
- 결국 ui에 응답성이 떨어집니다.
- GC Trigger by Work-Thread (Good)
- work(other)-thread 가 Blocked 되어 멈춥니다.
- ui-thread 와 GC-thread가 경합하며 진행됩니다.
- ui-thread는 이상적인 상황이라면 적절히 자원이 할당되어 응답성을 높일 것입니다.
위 내용을 기반으로 아래와 같은 결론을 얻을 수 있습니다.
- Ui-thread에서 GC(garbage collection)가 Trigger되지 않도록 해야 합니다.
- Work-thread에서 자원할당(GC가 Trigger될 가능성이 있는) 작업을 하도록 합니다.
- Ui-thred에서 GC.Collect를 명시적으로 호출하지 않도록 합니다.
[Workstation GC] Non-Concurrent Workstation GC
- GC Trigger by Ui-thread
- Mark Phase 와 Sweep Phase 모두, Application Thread를 일시 중단합니다.
- GC Thread가 따로 존재 하지 않습니다.
- GC Trigger한 Thread가 직접 Collection을 수행 합니다.
- Ui-thread에서 GC Trigger되면 Work-Threads와 경쟁하지 않고, Waiting 상태에서 더 빨리 해제됩니다.
- Ui-thread가 GC 를 수행하기 때문에 Ui가 Waiting상태로 응답성은 떨어지게 됩니다.
[Server GC]
- 별도의 GC-Thread가 존재 합니다.
- 높은 처리 속도 및 확장성이 필요한 서버 어플리케이션에 사용합니다.
- 분리된 Managed Heap은 경합을 최소화 합니다.
- 병렬할당 및 병렬해제를 수행할 수 있도록 합니다.
- 마지막에 Collection을 마친 GC-Thread를 기준으로, Applicaton Thread가 기동합니다.
Backgound GC 등장
- Workstation GC(.net 4.0 이상)
- Server GC(.net 4.5 이상)
- 2세대 수집과 0, 1세대 수집을 분리하여 Application의 응답성을 높임.
- Background GC 설명 [Link]
GC Configuration
- GC Mode를 설정 하는 방법은 .net 버전과 환경에 따라 여러 가지가 있을 수 있습니다.
- 제가 설정한 방법은 아래와 같습니다.
- 응용 프로그램을 만들면 App.config파일이 생성 됩니다.
- 아래와 같이 설정 하면 Server Mode로 동작 하게 됩니다.
<?xml version="1.0" encoding="utf-8" ?>
<configuration>
<runtime>
<gcServer enabled="true" />
</runtime>
</configuration>
Summary
- .net Garbage Collection에 대해 간략하게 정리해보았습니다.
- 대용량 처리의 성능을 개선을 위한 GC Server Mode를 설명했습니다.
- 실제 GC Mode 설정 방법을 설명했습니다.
- GC에 대한 설명이 잘 되어있는 아래 사이트도 한번 방문해 보세요.
[관련 링크]
닷넷 가비지 컬렉션 다시 보기 - Part I 기본 작동 방식
닷넷 가비지 컬렉션 다시 보기–Part II 세대별 가비지 콜렉션
닷넷 가비지 컬렉션 다시 보기 - Part III LOH
닷넷 가비지 컬렉션 다시 보기 - Part IV 가비지 컬렉션 발생 시기
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