메모리 영역

buffers와 cached 영역

커널은 디스크로부터 데이터를 읽거나 사용자의 데이터를 디스크에 저장한다.

 

하지만 디스크는 매우 느리고 I/O에 상당한 시간이 소요되기 때문에 커널은 디스크에 대한 요청을 빠르게 하기 위해 메모리의 일부를 디스크 요청에 대한 캐싱 영역으로 할당한다.

 

이때 커널이 디스크 캐싱을 위해 할당한 영역을 buffers와 cached라고 부른다.

커널이 읽어야 할 데이터가 파일의 내용이라면 커널은 bio 구조체를 생성하고 해당 구조체에 Page Cache 용도로 할당한 메모리 영역을 연결해준다. bio 구조체는 디바이스 드라이버와 통신하여 디스크로부터 데이터를 읽어 Page Cache에 파일의 내용을 채운다.

 

super_block, inode_block처럼 파일의 내용이 아닌 파일 시스템을 관리하기 위한 메타 데이터를 읽어올 때는 _get_blk()같은 내부 함수를 통해 블록 디바이스와 직접 통신한다. 그리고 가져온 데이터를 읽어 Buffer Cache에 저장한다.

 

즉, cached는 파일의 내용을 저장하고 있는 캐시, buffers는 메타 데이터를 담고 있는 캐시라고 할 수 있다.

free 명령어를 통해 각각의 영역을 얼마나 사용하고 있는지 확인할 수 있다.

 

buffers와 cached 영역은 시스템의 I/O 성능 향상을 위해 커널이 사용하는 영역이지만, 프로세스의 사용량이 많아져 메모리가 부족한 상황이 되면 커널은 해당 영역을 자동으로 반환하기 때문에 free 명령에서도 해당 영역을 제외한 영역을 실제 사용 가능한 영역으로 계산하게 된다.

/proc/meminfo

free 명령어를 통해서도 메모리의 사용량을 확인할 수 있지만, 대략적인 정보만 확인이 가능하다.

현재 메모리의 사용량을 좀 더 세부적으로 확인하고 싶다면 /proc/meminfo를 통해서 free보다 더 많은 정보를 파악할 수 있다.

 

/proc/meminfo를 통해 파악할 수 있는 정보는 커널의 버전마다 다르지만 공통적으로 나타내는 부분이 존재한다.

• SwapCached : swap으로 빠진 영역 중 다시 메모리로 돌아온 영역을 의미한다.

• Active (anon) : Page Cache 영역을 제외한 메모리 영역을 의미하며, 주로 프로세스들이 사용하는 메모리 영역을 지칭할 때 많이 사용된다. 그중에서도 비교적 최근에 메모리 영역이 참조되어 swap 영역으로 이동되지 않을 메모리 영역을 의미한다.
• Inactivce (anon) : Active (anon)과 같은 영역을 의미하지만, 비교적 참조된 지 오래되어 swap 영역으로 이동될 수 있는 메모리 영역을 의미한다.
• Active (file) : anon과 다르게 파일로 되어있는 이영역은 커널이 I/O 성능 향상을 위해 사용하는 영역을 의미한다. buffers와 cached 영역이 여기에 속한다. 그중에서도 비교적 최근에 메모리 영역이 참조되어 swap 영역으로 이동되지 않을 메모리 영역을 의미한다.
• Inactive (file) : Active (file)과 같은 영역을 의미하지만, 비교적 참조된 지 오래되어 swap 영역으로 이동될 수 있는 메모리 영역을 의미한다.

Active 영역에서 Inactive 영역으로 이동하는 시기

anon과 file 영역의 메모리는 LRU 기반의 리스트로 관리되고, 각기 Active, Inactive 두 개의 리스트로 나뉜다.

가장 최근에 참조한 메모리가 Active 리스트로 참조 시기가 오래될수록 Inactive 리스트로 이동하고 이후 free 영역으로 이동하게 된다. free 영역의 최소 메모리 양을 결정하는 커널 파라미터로는 vm.min_free_kbytes가 존재한다.

하지만 시간이 지났다고 무조건 이동하는게 아니라 메모리 부족 현상이 발생해서 해제해야 할 메모리를 찾아야 할 때만 이동이 발생하게 된다.

• Dirty : Active (file), Inactive (file)과 비슷한 용도다. 커널은 I/O 쓰기 요청이 발생했을 때 바로 블록 디바이스로 명령을 내리지 않고 일정량이 될 때까지 모았다가 한 번이 쓰는 일종의 지연 쓰기 작업을 한다. 이 과정에서 I/O 성능 향상을 위해 커널이 캐시 목적으로 사용하는 영역 중 쓰기 작업이 이루어져서 실제 블록 디바이스의 블록에 씌어져야 할 영역을 의미한다.slab 메모리 영역slab 메모리 영역은 커널이 내부적으로 사용하는 영역이다. /proc/meminfo로 확인할 수 있는 영역 중 slab 항목이 존재한다.

• slab : 커널이 직접 사용하는 메모리 영역
• SReclaimable : slab 영역 중 재사용될 수 있는 영역으로 캐시 용도로 사용되는 메모리가 주로 포함된다. 메모리 부족 현상이 발생하면 해제되어 프로세스에 할당될 수 있는 영역
• SUnreclaime : slab 영역 중 커널이 현재 사용 중이기 때문에 해제해서 재사용될 수 없는 영역

slab 영역에 대한 자세한 정보는 slabtop 명령어를 통해 알아볼 수 있다.

커널은 많은 용량의 메모리를 필요로하지 않기 때문에 메모리를 할당해주는 버디 시스템이 제공하는 4KB 보다 더 작은 양의 메모리를 Slab 할당자를 통해 확보한다.

 

메모리의 기본 단위인 4KB의 영역을 Slab 할당자가 할당 받은 후 목적별로 나뉘어진 캐시의 크기에 맞게 영역을 나누어 사용한다. 이 경우 종종 페이지 크기의 배수로 나누어 떨어지지 않는 경우도 존재한다.

swap 메모리 영역

swap 메모리는 물리 메모리가 부족할 경우를 대비해서 만든 영역으로, 시스템이 응답 불가 상태에 빠지지 않고 안정적으로 운영될 수 있도록 비상용으로 확보해둔 영역이라고 생각하면 된다.

 

물리 메모리가 아닌 디스크의 일부를 메모리처럼 사용하기 위해 만들어 놓은 공간이기 때문에 메모리의 접근 속도와 꽤 현저한 차이가 존재한다. 따라서 swap 메모리를 사용하게 되는 경우 시스템의 성능 저하가 발생하게 된다.

 

swap에 대한 정보는 free 명령어를 통해 확인할 수 있다.

 

불필요한 프로세스가 메모리를 점유하고 있는 경우 해당 프로세스를 죽여서 메모리를 확보하는 것이 좋다. 이때 프로세스가 사용하는 메모리에 대한 정보를 확인할 수 있는 방법이 /proc/<pid>/smaps 파일이다.

 

해당 파일은 프로세스가 사용 중인 메모리의 정보를 저장하고 있다.

하지만 이 방법은 프로세스의 메모리 영역별로 살펴봐야 하기 때문에 불편할 수도 있다. 특정 프로세스가 사용하는 전체 swap 메모리에 대한 정보가 필요한 경우에는 /proc/<pid>/status 파일을 통해 확인할 수 있다.