Taesun Lee

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[Go] Go Garbage Collection


Go Garbage Collection

Go의 Garabge Collection에 대해 정리한다.

Garbage Collection 정의

프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역 중, 사용되지 않는 영역을 탐지해서 자동으로 해제해 주는 기능이다. 개발자가 수동으로 메모리 해제를 할 필요가 없다는 장점이 있다.

Go Garbage Collector

Go의 실행파일안에 Garbage Collector가 내장되어 있어 Java의 JVM처럼 가상머신이 없어도 Garbage Collection이 가능하다.

특징

Compaction이 없다.

JVM처럼 힙 내의 객체들을 압축(재배치)하지 않는다. 개발 초기 계획햇지만 개발 기간 문제로인하여 TCMalloc을 이용해 메모리를 할당하는 방식으로 단편화와 할당 속도 문제를 해결했다.

객체들을 재배치 할 경우 힙의 free pointer를 바로 사용하여 빠르게 메모리를 동적할당 할 수 있다는 장점이 있다. (Bump Allocation)

TCMalloc: (Thread-Caching Malloc) 구글이 만든 힙 메모리 할당자. 멀티 스레드 환경에서 공유되는 메모리 풀을 이용해 사용하면 스레드별 접근 시 발생하는 동기화로 인해 비효율적. TCMalloc에서는 메모리를 쓰레드별 Thread-local cache(32K이하의 작은 크기 메모리 할당용)와 중앙의 Central Heap으로 나누어서 관리. 메모리 크기를 60개의 클래스로 나누어서 관리하기 때문에 단편화도 해결된다.

Generational GC가 없다.

세대별 GC를 할 경우 생기는 Write Barrier 오버헤드를 문제로 생각하여 객체들을 세대별 GC하지 않는다.

세대별 GC 가정: 대부분의 객체는 금방 접근 불가능해 진다. 오래된 세대에서 젊은 세대로의 참조는 적게 발생한다.

세대별 GC를 위해서는 Write Barrier(오래된 세대에서 참조하는 젊은 세대 참조를 따로 기록해야하는 과정)를 사용해서 세대 간 포인터를 기록해야하여 GC를 수행하지 않을 때에도, 오버헤드가 발생한다.

세대별 GC의 핵심인 수명이 짧은 객체를 Go에서는 되도록 Stack에 할당시켜 효율성을 높이도록 되어 있다. (스택의 메모리 할당과 해제 시 오버헤드가 적으므로)

방식

(Go ~v1.15 기준) Tri-Color Algorithm을 사용하는 CMS(Concurrent Mark & Sweep) 방식의 Garbage Collector 방식만을 사용한다.

Tri-Color Algorithm (삼색 마킹 알고리즘)

객체들을 흰색, 회색, 검은색으로 나누어 GC를 하는 알고리즘이다.

알고리즘을 이용한 GC 단계는 아래와 같다.

  • GC 시작시 모든 객체들은 흰색이다.
  • App에서 직접 접근 가능한 스택의 객체들(GC Root)을 확인하며 회색으로 표시한다.
  • 회색 객체들을 돌면서 검은색으로 표시하고, 참조하고 있는 포인터가 존재 할 경우 가리키는 객체들을 확인하여 흰색인 경우 회색으로 바꾼다. 이러한 과정을 모든 회색 객체가 사라질 때까지 반복한다.
  • 남은 흰색 객체들은 unreachable 이므로 메모리를 해제한다.

위의 과정은 Concurrent 하게 수행 되므로 App Thread - Mutator가 사용중인 객체가 메모리 해제 될 수 있다는 문제점이 있다. (Pointing 되지 않아 흰색으로 남아있는 객체가 사용되도록 변경되는 경우)

이를 방지 하기 위해 Go에서는 Write Barrier를 사용한다. Write Barrier는 Heap의 Pointer가 변경 될 때마다 Mutator가 실행하는 작은 function으로, GC가 스캔가능하도록 객체가 흰색인 경우 회색으로 변경해 준다.

Tuning Parameters

GOGC

초기 GC 목표 비율을 설정한다. 기본 메모리 대비 얼만큼의 메모리가 더 할당 되면 GC가 발생하는지에 대한 비율이다. 값이 적을 수록 GC가 자주 일어난다.

  • Default: GOGC=100
  • Disabling GC: GOGC=off 로 설정
  • SetGCPercent function을 이용해 Runtime중에 변경 가능하다.

Source

tcmalloc

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