Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
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C# - GC 호출로 인한 메모리 압축(Compaction)을 확인하는 방법

GC의 동작으로 인해 메모리 압축이 일어난 경우를 간단하게 재현해 볼까요? ^^

using System;
using System.Runtime.InteropServices;

[StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
class Program
{
    uint _n = 0xffffffff;

    static unsafe void Main(string[] args)
    {
        Program pg1 = new Program();
        Program pg2 = new Program();

        ShowAddress("pg1", pg1);
        ShowAddress("pg2", pg2);

        Console.WriteLine();

        for (int i = 0; i <= GC.MaxGeneration; i++)
        {
            GC.Collect(i, GCCollectionMode.Forced);
        }

        ShowAddress("pg1", pg1);
        ShowAddress("pg2", pg2);
    }

    private static IntPtr ShowAddress(string title, object instance, bool output = true)
    {
        IntPtr ptr = GetRefAddress(instance);

        if (output)
        {
            Console.WriteLine($"{title}: " + ptr.ToInt64().ToString("x") + $", {GC.GetGeneration(instance)}");
        }

        return ptr;
    }

    private unsafe static IntPtr GetRefAddress(object obj)
    {
        TypedReference refA = __makeref(obj);
        return **(IntPtr**)&refA;
    }
}

위의 코드에서는 (pg1 이전에 닷넷 프로그램 실행 자체의 힙 할당이 있었을 것이므로) GC 호출로 인해 pg1과 pg2의 메모리 이동이 발생할 것으로 예상됩니다. 하지만 실제로 실행해 보면 다음과 같이 GC 전/후의 결과가 같습니다.

// x86 + Release 빌드 - 출력 결과
pg1: 4f0aa9c, 0
pg2: 4f0aaa8, 0

pg1: 4f0aa9c, 2
pg2: 4f0aaa8, 2

(pg2와 pg1의 주소 차이가 0x0c인데 이에 대해서는 "일반 참조형의 기본 메모리 소비는 얼마나 될까요?" 글에서 자세히 다루고 있습니다.)

테스트 결과로만 보면 GC는 소규모 변화인 경우 메모리 이동까지는 굳이 하지 않는 듯합니다. 이에 대한 테스트로 다음과 같이 pg1 인스턴스 생성 이전에 좀 더 많은 개체를 생성하는 코드를 넣어보면 알 수 있습니다.

MakeObject();

Program pg1 = new Program();
Program pg2 = new Program();

private static void MakeObject(int count = 1000)
{
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
        Program pgt1 = new Program();
    }
}

재미있는 것은, 위와 같이 1,000 ~ 3,000개 정도로는 여전히 메모리 이동이 없고 "MakeObject(4000)" 정도는 해야 다음과 같이 메모리 이동을 확인할 수 있습니다.

pg1: 4eb6744, 0
pg2: 4eb6750, 0

pg1: 4eaa9f4, 2
pg2: 4eaaa00, 2




이쯤에서 그럼 GC.Collect의 동작을 살짝 살펴볼까요? ^^ 우선, 본문에서 사용한 GC.Collect(Int32, GCCollectionMode) 메서드의 도움말을 보면,

Forces a garbage collection from generation 0 through a specified generation, at a time specified by a GCCollectionMode value.


의미 상으로 0 ~ n까지 GC를 수행하는 걸로 보이는데, 실제로 이것은 다음의 코드를 통해 확인할 수 있습니다.

ShowGCCount();

for (int i = 0; i <= GC.MaxGeneration; i++)
{
    GC.Collect(i, GCCollectionMode.Forced);
}

ShowGCCount();

private static void ShowGCCount()
{
    Console.WriteLine($"GC0: {GC.CollectionCount(0)}, GC1: {GC.CollectionCount(1)}, GC2: {GC.CollectionCount(2)}");
}

/* 출력 결과
GC0: 0, GC1: 0, GC2: 0
GC0: 3, GC1: 2, GC2: 1
*/

따라서, 그냥 전 세대의 GC를 수행하는 경우 저렇게 세대별로 GC.Collect를 할 필요 없이 그냥 단일 호출로 해도 되고, 또는 GC.Collect()를 호출해도 같은 효과를 갖습니다.

GC.Collect(2, GCCollectionMode.Forced);
// == GC.Collect(); // Forces an immediate garbage collection of all generations.

ShowGCCount();

/* 출력 결과
GC0: 1, GC1: 1, GC2: 1
*/

참고로, 아래는 GC.Collect의 원본 소스 코드입니다.

public static void Collect()
{
    _Collect(-1, 2);
}

public static void Collect(int generation, GCCollectionMode mode)
{
    Collect(generation, mode, blocking: true);
}

public static void Collect(int generation, GCCollectionMode mode, bool blocking)
{
    Collect(generation, mode, blocking, compacting: false);
}

public static void Collect(int generation, GCCollectionMode mode, bool blocking, bool compacting)
{
    if (generation < 0)
    {
        throw new ArgumentOutOfRangeException("generation", Environment.GetResourceString("ArgumentOutOfRange_GenericPositive"));
    }

    if (mode < GCCollectionMode.Default || mode > GCCollectionMode.Optimized)
    {
        throw new ArgumentOutOfRangeException(Environment.GetResourceString("ArgumentOutOfRange_Enum"));
    }

    int num = 0;
    if (mode == GCCollectionMode.Optimized)
    {
        num |= 4;
    }

    if (compacting)
    {
        num |= 8;
    }

    if (blocking)
    {
        num |= 2;
    }
    else if (!compacting)
    {
        num |= 1;
    }

    _Collect(generation, num);
}

[DllImport("QCall", CharSet = CharSet.Unicode)]
[SecurityCritical]
[SuppressUnmanagedCodeSecurity]
private static extern void _Collect(int generation, int mode);




위의 소스 코드에서 GC.Collect(int generation, GCCollectionMode mode, bool blocking, bool compacting) 버전을 보면 알겠지만, 사실 메모리 이동을 명시하는 compacting 변수를 설정하면 이 글의 예제를 다음과 같이 다시 테스트해볼 수 있습니다.

Program pg1 = new Program();
Program pg2 = new Program();

ShowAddress("pg1", pg1);
ShowAddress("pg2", pg2);
Console.WriteLine();

GC.Collect(0, GCCollectionMode.Forced, true, true);

ShowAddress("pg1", pg1);
ShowAddress("pg2", pg2);

/* 출력 결과
pg1: 527aaac, 0
pg2: 527aab8, 0

pg1: 527a924, 1
pg2: 527a930, 1
*/

즉, compacting 값이 true인 경우 GC는 강제로 메모리 이동을 하지만, false인 경우에는 상황에 따라 필요하면 메모리 이동을 한다고 보면 됩니다.

그런데 compacting 변수를 명시하는 경우, 재미있는 현상이 하나 있습니다. "Internals of the POH" 글에 보면,

Usually when a GC of generation G happens, objects that were in G would be in (G+1), but we may choose to leave a pinned object that was in generation G still in G, instead of promoting it to (G+1). This is called demotion.


Pinning 개체의 경우 GC가 수행돼도 세대가 올라가지 않는다는 "demotion"에 대해 설명하고 있는데요, 이것을 다음과 같이 테스트해볼 수 있습니다.

static unsafe void Main(string[] args)
{
    Program pg1 = new Program();
    MakeObject(1000);
    Program pg2 = new Program();

    GCHandle pinPg2 = GCHandle.Alloc(pg2, GCHandleType.Pinned);

    ShowAddress("pg1", pg1);
    ShowAddress("pg2", pg2);
    Console.WriteLine();
    GC.Collect(2, GCCollectionMode.Forced, true, true);

    ShowAddress("pg1", pg1);
    ShowAddress("pg2", pg2);
    Console.WriteLine();

    GC.Collect(2, GCCollectionMode.Forced, true, true);
    ShowAddress("pg1", pg1);
    ShowAddress("pg2", pg2);
}

/* 출력 결과
pg1: 509aac0, 0
pg2: 509da4c, 0

pg1: 509a938, 1
pg2: 509da4c, 0

pg1: 509a914, 2
pg2: 509da4c, 0
*/

보는 바와 같이 pg2 개체는 pg1과는 달리 GC.Collect에 따라 세대가 올라가지 않고 여전히 0에 머물고 있습니다. 그렇다고 해서 pg2 개체의 pinning 상태가 해제될 때까지 언제까지나 0 세대에 머무는 것은 아닙니다. 가령 compacting == false로 GC.Collect를 수행하면 정상적으로 세대가 올라갑니다.

GC.Collect(2, GCCollectionMode.Forced, true, false);
ShowAddress("pg2", pg2);
GC.Collect(2, GCCollectionMode.Forced, true, false);
ShowAddress("pg2", pg2);

/* 출력 결과
pg2: 509da4c, 1
pg2: 509da4c, 2
*/

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 5/17/2021]

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