[펌] GC 관련 Parameter & JVM GC 튜닝

6. GC 관련 Parameter


GC관련 설정값을 보기전에 앞서서 ?X와 ?XX 옵션에 대해서 먼저 언급하자. 이 옵션들은 표준 옵션이 아니라, 벤더별 JVM에서 따로 제공하는 옵션이기 때문에, 예고 없이 변경되거나 없어질 수 있기 때문에, 사용전에 미리 JVM 벤더 홈페이지를 통해서 검증한다음에 사용해야한다.

1) 전체 Heap Size 조정 옵션

전체 Heap size는 ?ms와 ?mx로 Heap 사이즈의 영역을 조정할 수 있다. 예를 들어 ?ms512m ?mx 1024m로 설정하면 JVM은 전체 Heap size를 application의 상황에 따라서 512m~1024m byte 사이에서 사용하게 된다. 그림2의 Total heap size

메모리가 모자를때는 heap을 늘리고, 남을때는 heap을 줄이는 heap growing과 shirinking 작업을 수행하는데, 메모리 변화량이 큰 애플리케이션이 아니라면 이 min heap size와 max heap size는 동일하게 설정하는 것이 좋다. 일반적으로 1GB까지의 Heap을 설정하는데에는 문제가 없으나, 1GB가 넘는 대용량 메모리를 설정하고자 할 경우에는 별도의 JVM 옵션이 필요한 경우가 있기때문에 미리 자료를 참고할 필요가 있다.

※ IBM AIX JVM의 경우
%export LDR_CNTRL=MAXDATA=0x10000000
%java -Xms1500m -Xmx1500m MyApplication

2) Perm size 조정 옵션

Perm Size는 앞에서도 설명했듯이, Java Application 자체(Java class etc..)가 로딩되는 영역이다. J2EE application의 경우에는 application 자체의 크기가 큰 편에 속하기 때문에, Default로 설정된 Perm Size로는 application class가 loading되기에 모자른 경우가 대부분이기 때문에, WAS start초기나, 가동 초기에 Out Of Memory 에러를 유발하는 경우가 많다.

PermSize는 -XX:MaxPermSize=128m 식으로 지정할 수 있다.
일반적으로 WAS에서 PermSize는 64~256m 사이가 적절하다.

3) New 영역과 Old 영역의 조정New 영역은 ?XX:NewRatio=2 에 의해서 조정이 된다.
NewRatio Old/New Size의 값이다. 전체 Heap Size가 768일때, NewRatio=2이면 New영역이 256m, Old 영역이 512m 로 설정이 된다.
JVM 1.4.X에서는 ?XX:NewSize=128m 옵션을 이용해서 직접 New 영역의 크기를 지정하는 것이 가능하다.

4) Survivor 영역 조정 옵션
-XX:SurvivorRatio=64 (eden/survivor 의 비율) :64이면 eden 이 128m일때, survivor영역은 2m가 된다.

5) -server와 ?client 옵션
JVM에는 일반적으로 server와 client 두가지 옵션을 제공한다.
결론만 말하면 server 옵션은 WAS와 같은 Server환경에 최적화된 옵션이고, client옵션은 워드프로세서와 같은 client application에 최적화된 옵션이다. 그냥 언뜻 보기에는 단순한 옵션 하나로보일 수 있지만, 내부에서 돌아가는 hotspot compiler에 대한 최적화 방법과 메모리 구조자체가 아예 틀리다.

○ -server 옵션

server용 application에 최적화된 옵션이다. Server application은 boot up 시간 보다는 user에 대한 response time이 중요하고, 많은 사용자가 동시에 사용하기 때문에 session등의 user data를 다루는게 일반적이다. 그래서 server 옵션으로 제공되는 hotspot compiler는 java application을 최적화 해서 빠른 response time을 내는데 집중되어 있다.

또한 메모리 모델 역시, 서버의 경우에는 특정 사용자가 서버 운영시간동안 계속 서버를 사용하는게 아니기 때문에 (Login하고, 사용한 후에는 Logout되기 때문에..) 사용자에 관련된 객체들이 오래 지속되는 경우가 드물다. 그래서 상대적으로 Old영역이 작고 New 영역이 크게 배정된다. <그림 7. 참조 >

○ -client 옵션

client application은 워드프로세서 처럼 혼자 사용하는 application이다. 그래서 client application은 response time보다는 빨리 기동되는데에 최적화가 되어 있다. 또한대부분의 client application을 구성하는 object는GUI Component와 같이 application이 종료될때까지 남아있는 object의 비중이 높기 때문에 상대적으로 Old 영역의 비율이 높다.

<그림 7. ?server와 ?client 옵션에 따른 JVM Old와 New영역>

이 두옵션은 가장 간단한 옵션이지만, JVM의 최적화에 아주 큰부분을 차지하고 있는 옵션이기 때문에, 반드시 Application의 성격에 맞춰서 적용하기 바란다.
(※ 참고로, SUN JVM은 default가 client, HPJVM는 default가 server로 세팅되어 있다.)

○ GC 방식에 대한 옵션

GC 방식에 대한 옵션은 앞에서도 설명했지만, 일반적인 GC방식이외에, Concurrent GC,Parallel GC,Inceremental GC와 같이 추가적인 GC Algorithm이 존재한다. 옵션과 내용은 앞장에서 설명한 “다양한 GC알고리즘” 을 참고하기 바란다.


7.JVM GC 튜닝


그러면 이제부터 지금까지 설명한 내용을 기반으로 실제로 JVM 튜닝을 어떻게 하는지 알아보도록 하자.

STEP 1. Application의 종류와 튜닝목표값을 결정한다.

JVM 튜닝을 하기위해서 가장 중요한것은 JVM 튜닝의 목표를 설정하는것이다. 메모리를 적게 쓰는것이 목표인지, GC 횟수를 줄이는것이 목표인지, GC에 소요되는시간이 목표인지, Application의 성능(Throughput or response time) 향상인지를 먼저 정의한후에. 그 목표치에 근접하도록 JVM Parameter를 조정하는것이 필요하다.

STEP 2. Heap size와 Perm size를 설정한다.

-ms와 ?mx 옵션을 이용해서 Heap Size를 정한다. 일반적으로 server application인 경우에는 ms와 mx 사이즈를 같게 하는것이 Memory의 growing과 shrinking에 의한 불필요한 로드를 막을 수 있어서 권장할만하다.

ms와mx사이즈를 다르게 하는 경우는 Application의 시간대별 memory 사용량이 급격하게 변화가 있는 Application에 효과적이다.
PermSize는 JVM vendor에 따라 다소 차이가 있으나 일반적으로 16m정도이다. Client application의 경우에는 문제가 없을 수 있지만, J2EE Server Application의 경우 64~128m 사이로 사용이 된다.

Heap Size와 Perm Size는 아래 과정을 통해서 적정 수치를 얻어가야한다.

STEP 3. 테스트 & 로그 분석.

JVM Option에 GC 로그를 수집하기 위한 ?verbosegc 옵션을 적용한다. (HP의 경우 ?Xverbosegc 옵션을 적용한다.)

LoadRunner나 MS Strest(무료로 MS社의 홈페이지에서 다운로드 받을 수 있다.)와 같은 Strest Test툴을 통해서 Application에 Strest를 줘서. 그 log를 수집한다. 튜닝에서 있어서 가장 중요한것은 목표산정이지만, 그만큼이나 중요한것은 실제 Tuning한 Parameter가 Application에 어떤 영향을 주는지를 테스트하는 방법이 매우 중요하다. 그런 의미에서 적절한 Strest Tool의 선정과, Strest Test 시나리오는 정확한 Tuning을 위해서 매우 중요한 요인이다.

○ Perm size 조정
아래 그림8.은 HP JVM에서 ?Xverbosegc 옵션으로 수집한 GC log를 HP Jtune을 통해서 graph로 나타낸 그래프이다. 그림을 보면 Application이 startup되었을때 Perm 영역이 40m에서. 시간이 지난후에도 50m 이하로 유지되는것을 볼 수 있다. 특별하게 동적 classloading등이 수십m byte가 일어나지 않는등의 큰 변화요인이 없을때, 이 application의 적정 Perm 영역은 64m로 판단할 수 있다.

<그림 8. GC 결과중 Perm 영역 그래프>

○ GC Time 수행 시간 분석

다음은 GC에 걸린 시간을 분석해보자. 앞에 강좌 내용에서도 설명햇듯이. GC Tuning에서 중요한 부분중 하나가 GC에 소요되는 시간 특히 Full GC 시간이다.

지금부터 볼 Log는 모社의 물류 시스템의 WAS 시스템 GC Log이다. HP JVM을 사용하며, -server ?ms512m ?mx512m 옵션으로 기동되는 시스템이다.

그림 9를 보면 Peak 시간 (첫번째 동그라미) 14시간동안에 Full GC(동그란점)가 7번일어난것을 볼 수 있다. 각각에 걸린 시간은2.5~6sec 사이이다.
여기서 STEP 1.에서 설정한 AP Tuning의 목표치를 참고해야하는데.

Full GC가 길게 일어나서 Full GC에 수행되는 시간을 줄이고자 한다면 Old 영역을 줄이면 Full GC가 일어나는 횟수는 늘어나고, 반대로 Full GC가 일어나는 시간을 줄어들것이다.

반대로 Full GC가 일어나는 횟수가 많다면, Old 영역을 늘려주면 Full GC가 일어나는 횟수는 상대적으로 줄어들것이고 반대로 Full GC 수행시간이 늘어날 것이다.

특히 Server Application의 경우Full GC가 일어날때는 JVM자체가 멈춰버리기 때문에, 그림 9의 instance는 14시간동안 총 7번 시스템이 멈추고, 그때마다 2.5~6sec가량 시스템이 response를 못하는 상태가 된것이다. 그래서 멈춘 시간이 고객이 납득할만한 시간인지를 판단해야 하고, 거기에 적절한 Tuning을 해야한다.

Server Application에서 Full GC를 적게일어나게하고, Full GC 시간을 양쪽다 줄이기 위해서는 Old영역을 적게한후에, 여러개의 Instance를 동시에 뛰어서 Load Balancing을 해주면, Load가 분산되기 때문에 Full GC가 일어나는 횟수가 줄어들테고, Old 영역을 줄였기 때문에, Full GC에 드는 시간도 줄어들것이다. 또한 각각의 FullGC가 일어나는동안 하나의 서버 instance가 멈춰져 있어도, Load Balancing이 되는 다른 서버가 response를 하고 있기때문에, Full GC로 인한 Application이 멈추는것에 의한 영향을 최소화할 수 있다.

<그림 9. GC 소요시간>

데이타에 따라서 GC Tuning을 진행한후에는 다시 Strest Test를 진행해서 응답시간과 TPS(Throughput Per Second)를 체크해서 어떤 변화를 주었는지를 반드시 체크해봐야한다.

<그림 10. GC후의 Old 영역>

그림 10은 GC후에 Old 영역의 메모리 변화량을 나타낸다.

금요일 업무시간에 메모리 사용량이 올라가다가. 주말에가서 완만한 곡선을 그리는것을 볼 수 있다. 월요일 근무시간에 메모리 사용량이 매우 많고, 화요일에도 어느정도 메모리 사용량이 있는것을 볼 수 있다. 월요일에 메모리 사용량이 많은것을 볼때, 이 시스템의 사용자들이 월요일에 시스템 사용량이 많을 수 있다고 생각할 수 있고, 또는 다른 주의 로그를 분석해봤을때 이 주만 월요일 사용량이 많았다면, 특별한 요인이나 Application 변경등이 있었는지를 고려해봐야할것이다.

이 그래프만을 봤을때 Full GC가 일어난후에도 월요일 근무시간을 보면 Old 영역이 180M를 유지하고 있는것을 볼 수 있다. 이 시스템의 Full GC후의 Old영역은 80M~180M를 유지하는것을 볼 수 있다. 그래서 이 시스템은 최소 180M이상의 Old 영역을 필요로하는것으로 판단할 수 있다.

STEP 4. Parameter 변경.
STEP 3에서 구한 각 영역의 허용 범위를 기준으로 Old영역과 New 영역을 적절하게 조절한다.
PermSize와 New영역의 배분 (Eden,Survivor)영역등을 조정한다.
PermSize는 대부분 Log에서 명확하게 나타나기 때문에, 크게 조정이 필요가 없고 New영역내의 Eden과 Survivor는 거의 조정하지 않는다. 가장 중요한것은 Old영역과 New 영역의 비율을 어떻게 조정하는가가 관건이다.

이 비율을 결정하면서, STEP1에서 세운 튜닝 목표에 따라서 JVM의 GC Algorithm을 적용한다. GC Algorithm을 결정하는 기본적인 판단 내용은 아래와 같다.



이렇게 Parameter를 변경하면서 테스트를 진행하고, 다시 변경하고 테스트를 진행하는 과정을 거쳐서 최적의 Parameter와 GC Algorithm을 찾아내는것이 JVM의 메모리 튜닝의 이상적인 절차이다.


지금까지 JVM의 메모리 구조와 GC 모델 그리고 GC 튜닝에 대해서 알아보았다.

정리하자면 GC 튜닝은 Application의 구조나 성격 그리고, 사용자의 이용 Pattern에 따라서 크게 좌우 되기때문에, 얼마만큼의 Parameter를 많이 아느냐 보다는 얼마만큼의 테스트와 로그를 통해서 목표 값에 접근하느냐가 가장 중요하다