UnrealEngine 가비지 컬렉션

https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs

이 글은 해당 영상을 정리한 글입니다.

 

 

참조 카운터 방식 가비지 컬렉션

• Raw 포인터 대신 RAII 스타일의 스마트포인터 사용
  • std::shared_ptr, 언리얼의 TSharedPtr
  • 별도로 할당된 메모리 블록에 객체의 참조 카운터를 업데이트하다
    카운터가 0이 되면 메모리를 해제

참조 카운터 방식은 순환 참조에 주의해야 함

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1329s

 

• 참조 카운터가 서로 가르켜 0이 되지 못해 메모리 누수가 발생
• 소유권(ower)방향의 참조는 shared_ptr을 사용해 강참조,
  그 이외는 weak_ptr을 사용하여 약참조를 해 순환 참조 예방

 

Mark-Sweep 방식 가비지 컬렉션

가비지 컬렉터 메모리관리를 하기때문에 할당한 객체들의 주소를 전부 알고있다고 가정

객체를 사용하지 않아도 해제하지 않고 놔두다가 필요할 때 정리

• Mark-Sweep 알고리즘의 한 사이클은 Mark 단계와 Sweep 단계로 나누어짐
  • Mark
    GC Root로 부터 순환을 돌아 참조 되고 있으면 Mark
  • Sweep
    Mark되지 않은 객체를 메모리에서 지움
  • Compact
    Sweep 단계 후 메모리를 압축
    최근 GC에서 추가된 단계
• Generational(세대별) GC
  • 대부분의 객체는 생성된지 얼마 안돼 접근이 불가능 해짐
    즉 오래살아남은 객체가 앞으로도 살아남을 가능성이 높음
    객체의 세대를 구분해 GC의 주기를 새로생긴 세대는 자주, 기존 세대는 드물게 GC를 실행
• Stop-the-World : GC 실행중 프로세스(모든 스레드)를 멈춤

 

준비 단계

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• 모든 객체의 마킹 해제

 

Mark 단계

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• Root Set으로부터 도달 가능한 객체 마킹

 

Sweep 단계

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• 프로그램이 도달 불가능한(마킹되지 않은) 객체 해제

 

Conservative 가비지 컬렉터

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• 객체의 구체적인 생김새(정보)를 모르는 채로 동작
  • 크기만 주어진 메모리 블록으로 취급
• 메모리 블록 내 어디든 잠재적으로 포인터일 가능성이 존재
  • 할당한 객체의 주소가 등장하면 모두 포인터로 간주
    즉 객체의 주소 or 주소와 일치하는 정수가 나오면 루트에서 접근 가능한 객체로 인식
  • False Positive가 발생할 수 있음
    • False Positive
      실제로는 객체를 참조하고 있지 않은데 객체의 주소 값이 메모리의 정수 값과 같을경우
      해당 객체를 참조하고 있는것으로 착각하여 메모리를 해제하지 않고 누수가 발생

 

Boehm-Demers-Weiser Garbage Collector

• Conservative GC의 대표적인 GC 주로 C, C++에서 사용됨 
• 유니티 엔진에서 사용 중
  • Incremental(점진적) GC
    Boehm-Demers-Weiser GC는 Stop-the-World 발생시 프레임 드랍이 발생
    유니티의 경우 Incremental GC로 GC 작업을 여러 개의 슬라이스로
    분할하여 여러번에 걸쳐 짧게 중단되어 프레임 드랍을 최소화시킴
• 최근 GC는 Mark-Sweep 후 Compact(메모리 압축) 과정을 거치는데
  Conservative 방식의 GC는 Compact를 구현할 수 없는 한계가 있음

 

Precise 가비지 컬렉터

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• Conservative GC와는 다르게 객체의 정보를 명확히 알고 동작
• 언리얼 엔진은 리플렉션 정보를 활용해 객체의 참조를 정확하게 알 수 있음

 

언리얼 엔진의 GC

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• UPROPERTY 객체가 해당 필드 내의 모든 UObject 포인터 위치를 GC에게 알려줌
• GC 사이클마다 UPROPERTY를 매번 참조하는게 아닌 자료구조를 활용해 미리 생성하여 참조

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

• 리플렉션 매크로가 적용되지 않는 경우 UObject::AddReferencedObjects 함수를 통해 GC에게 정보를 알려줄수 있음

 

TWeakObjectPtr

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• 순환참조를 방지하는 TWeakPtr과 다름
• Raw 포인터는 강한 참조로 Raw 포인터가 가리키고 있는 동안은 대상 객체가 해제되지 않음
  이를 원치 않는 경우 약한 참조 TWeakObjectPtr를 사용
• 강참조
  TObjectPtr, TSharedPtr, 로우포인터 등으로 참조한 인스턴트는 GC가 순회할때 Mark할 수 있음
• 약참조
  TWeakObjectPtr은 약참조로 GC가 순회할 때 해당 포인터로 참조하고 있는 인스턴트는 무시하여
  Mark를 하지 않음 그래서 약한 참조외 다른 강참조가 없다면 GC의 수집대상이 됨

 

언리얼 GC의 순회 대상

1. GC 루트에 등록된 객체
2. UPROPERTY()나 TObject로 참조되는 객체
3. 월드, 액터, 컴포넌트 트리 상에 존재하는 객체

위 조건에 만족하지 않으면 GC의 수거 대상이 됨
예를 들어 TWeakObjectPtr<AActor>로 스폰된 액터가 월드에 존재하면
별도의 강참조가 없더라도 GC의 수거 대상이 되지 않음

 

네이티브 C++ 객체 내에 UObject 포인터가 있을 경우

• FGCObject를 상속하여 AddReferencedObjects를 override하여 UObject 포인터를 GC에게 알려줄 수 있음
• 네이티브 C++객체가 GC에 의해 해제 되는게 아닌 Root Set으로 지정하는 효과

 

FGCObject를 상속받지 못하는 경우

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

• Raw 포인터 대신 TStrongObjectPtr 또는 TWeakObjectPtr 포인터 객체를 사용

 

객체를 강제로 해제

출처 : https://www.youtube.com/watch?v=VpEe9DbcZIs&t=1633s

 

• 도달 가능한 UObject 객체라도 MarkPendingKill  호출로 인해 강제 해제될 수 있음
• 가비지 컬렉터는 해당 객체를 가르키는 모든 포인터 변수의 값을 안전하게 NULL로 업데이트함

 

추가로 보면 좋은 글

GC에 대해 보다 자세히 설명되어 있음

https://blog.siner.io/2021/12/26/garbage-collection/

가비지컬렉션(Garbage Collection)의 종류와 특징

 

자바의 세대별  GC 동작

https://inpa.tistory.com/entry/JAVA-%E2%98%95-%EA%B0%80%EB%B9%84%EC%A7%80-%EC%BB%AC%EB%A0%89%EC%85%98GC-%EB%8F%99%EC%9E%91-%EC%9B%90%EB%A6%AC-%EC%95%8C%EA%B3%A0%EB%A6%AC%EC%A6%98-%F0%9F%92%AF-%EC%B4%9D%EC%A0%95%EB%A6%AC

☕ 가비지 컬렉션 동작 원리 & GC 종류 💯 총정리

 

언리얼 GC에 대해 정리된 글

https://husk321.tistory.com/392

[Unreal] 언리얼의 GC에 대해서 알아보자. 아주 간략히