Study · 운영체제 · 메모리 요청 · 메모리

달라고 한 것과 실제로 받은 것은 다르다

장면

1GB 를 달라고 해도 free 명령의 free 열은 그만큼 안 줄어든다. 그런데도 프로그램은 잘 돈다. 무엇을 받은 걸까?

$ free -h
               total        used        free      buff/cache
Mem:            7.7Gi       1.2Gi       4.8Gi          1.9Gi
$ cat /proc/self/status | grep -E "VmSize|VmRSS"
# VmSize 는 달라고 한 양, VmRSS 는 실제로 붙은 양이다. 이 둘이 벌어진다

먼저 알아야 할 말

커널: 컴퓨터가 켜져 있는 동안 늘 돌고 있는 프로그램 하나다. 파일을 만들고 지우는 일, 프로그램을 띄우는 일은 내 프로그램이 직접 못 하고 전부 커널에 부탁한다. 터미널에 친 명령이 실제로 무언가를 하는 순간은 늘 커널 안이다.
물리 메모리: 실제로 꽂혀 있는 RAM 이다.
메모리: 전원이 꺼지면 사라지는 대신 아주 빠른 저장 공간이다. 프로그램이 도는 동안 쓰는 값은 전부 여기 있다.
vma: 주소 몇 번부터 몇 번까지는 이 프로세스가 써도 된다고 커널이 적어 둔 한 줄이다. 달라고만 하고 아직 안 쓴 메모리는 이 줄만 있고 실제 메모리는 안 붙어 있다.
페이지: 메모리를 나누는 기본 단위다. 보통 4KB 이고, 커널은 메모리를 이 덩어리 단위로 다룬다.
VmSize: 프로세스가 달라고 해서 잡아 둔 주소의 총량이다. 실제로 메모리가 붙어 있는 양(RSS)과 다르고, 보통 훨씬 크다.
구조체: 값 여러 개를 한 덩어리로 묶어 둔 것이다. C 에는 클래스가 없어서 이렇게 쓴다 — 메서드 없이 필드만 있는 자바 클래스라고 보면 된다. C 에서 a->b 는 자바의 a.b 와 같다(안에 든 것을 꺼낸다).
/proc: 커널이 지금 상태를 파일인 것처럼 보여 주는 가짜 폴더다. ls -l /proc/self/fd 를 치면 지금 열어 둔 것이 나온다. 디스크에 진짜 파일이 있는 것은 아니다.
RSS: 실제로 물리 메모리가 붙어 있는 양이다. VmRSS · anon-rss 도 같은 것을 가리킨다. 달라고만 한 양(VmSize)과는 다르다.
스왑: 물리 메모리가 모자랄 때 잘 안 쓰는 페이지를 디스크로 옮겨 두는 것이다.
시스템 콜: 프로그램이 커널에게 일을 시키는 창구다. 파일 열기 · 스레드 만들기처럼 커널만 할 수 있는 일은 전부 이 창구를 지난다. 자바의 FileInputStream 도 결국 이 창구를 부른다.
프로세스: 돌고 있는 프로그램 하나다. ps 가 줄마다 보여 주는 것이 프로세스이고, 각각 번호(PID)가 있다.
가상 메모리: 프로세스가 보는 주소다. 실제 물리 메모리 주소와 다르고, 커널이 둘을 이어 준다. 그래서 -Xmx4g 로 잡아도 그 순간 물리 메모리를 4GB 쓰지는 않는다.
Git: 여러 사람이 같은 코드를 고치면서도 누가 언제 무엇을 왜 바꿨는지를 전부 기록해 두는 프로그램이다. 파일을 저장할 때마다 그 순간의 모습을 통째로 찍어 두는 사진첩과 비슷해서, 예전 모습으로 언제든 되돌아갈 수 있다. 저장소·커밋·브랜치 같은 개념들이 전부 Git이 다루는 것들이다.

아래 재생기의 ▶를 누르면 한 스텝씩 진행된다. 금색 테두리가 지금 이야기하는 곳이고, 캡션이 무슨 일이 일어났는지 말해 준다. 굵게 밑줄 친 말은 누르면 뜻이 나온다. 빨간 딱지는 그때 벌어지는 일의 이름이고, 캡션 바로 위 회색 글자는 지금 스텝이 속한 묶음의 이름이다.

카드 아래 회색 줄은 그 일이 실제로 적혀 있는 소스의 파일 이름 : 줄 번호와 함수 이름이다. 글 안에 (:669)처럼 줄 번호만 적힌 것은 바로 앞에 적은 파일의 그 줄이라는 뜻이다. 캡션 한가운데 박힌 긴 영어 이름과 괄호 속 파일 · 줄 번호도 같다 — 건너뛰고 한글만 읽어도 뜻이 통하게 써 두었다.

장면 · 달라고 한 것과 받은 것은 다르다 0 / 9

▶ 를 누르면 페이지 32장을 달라고 했을 때 커널이 무엇을 적고 무엇을 안 하는지 본다. VmSize 는 늘어나는데 붙은 물리(RSS)와 free 명령의 free 열은 그대로인 이유가 여기 있다.

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달라고 한 것과 받은 것은 다르다. 커널은 주소 공간만 잡아 두고 물리 메모리는 아직 붙이지 않는다.

어떻게 확인했나

소스 어디를 보고 적었는지와 무엇을 돌려서 쟀는지를 남긴 자리다. 처음 읽을 때는 건너뛰어도 된다.

mmap 은 vma 만 만들고 물리 페이지는 안 붙인다 — do_mmap(mm/mmap.c:338) → mmap_region(mm/vma.c:2940) → vm_area_alloc(mm/vma.c:2648). 붙이는 경우는 MAP_POPULATE 나 mlock 뿐이고(조건 mm/mmap.c:577), 그때만 mm_populate 를 부른다(mm/util.c:586).
VmSize 는 mm->total_vm 을 그대로 찍은 값이고(fs/proc/task_mmu.c:67), VmRSS 는 anon · file · shmem 카운터의 합이다(fs/proc/task_mmu.c:56·71). mmap 경로가 올리는 것은 앞쪽뿐 — vm_stat_account(mm/mmap.c:1374).
요청량 검사는 느슨하다 — 기본 정책 OVERCOMMIT_GUESS(mm/util.c:781)는 요청이 RAM 과 스왑을 합친 총량보다 클 때만 거절한다(mm/util.c:973).
1GB 를 malloc 만 하고 멈추니 VmSize 가 2,684 kB 에서 1,051,264 kB 로 늘었는데 VmRSS 는 1,408 kB 그대로였다. malloc 은 C 에서 메모리를 달라고 하는 함수인데, 이만큼 큰 요청이면 안에서 장면이 따라간 그 mmap 을 부른다 — 그래서 장면의 mmap 이야기가 이 실측에 그대로 걸린다. 달라고 한 양과 실제로 받은 양이 다르다는 것이 이 두 줄에 그대로 보인다.

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