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RHEL7과 RHEL8 kernel간의 Swap 사용성의 변화

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Environment

  • Red Hat Enterprise Linux 8 and later

Issue

  • swappiness가 낮고 page cache에 사용 가능한 메모리가 충분함에도 불구하고 swap 사용이 관찰됩니다.
  • 'vm.swappiness'는 적절히 설정되었으며, cgroup swappiness 관련 이슈도 이미 해결된 상태입니다.

Resolution

  • RHEL 7과 8 사이의 가상 메모리(VM) 관리 방식 변화로 인해, 유사한 워크로드와 튜닝 환경에서도 swap 사용 패턴이 다르게 나타날 수 있습니다.
  • swap 사용량 자체나 swap 사용률이 100%가 되는 경향이 반드시 메모리 압박(memory pressure)을 의미하는 것은 아닙니다.
  • 시스템이 메모리 압박을 받고 있는지 판단하기 위해 다른 통계 지표들을 모니터링할 것을 권장합니다(진단 단계 참조).

Root Cause

  • RHEL 7과 8 출시 사이의 기간 동안 리눅스 커널 VM 알고리즘에 수많은 변경이 있었습니다.
  • 주요 이유는 SSD와 전통적인 회전식 디스크(HDD) 사이의 디스크 속도 증가였습니다.
  • SSD/NVMe 등은 전통적인 HDD 디스크보다 성능에 미치는 영향이 훨씬 적으며, 커널 VM 모델은 이를 반영하도록 업데이트되었습니다.
  • 일반적으로 anonymous 메모리(일반적인 용도로 프로그램이 소유한 메모리)는 낮은 vm.swappiness 설정에서도 swap에 기록될 가능성이 더 높아졌습니다.
  • 이제 페이지 가중치는 실제 페이지 크기로 계산됩니다. 이전에는 transparent huge pag(THP, 일반적으로 512개의 일반 페이지와 같음)가 1개의 pagecache 페이지와 동일하게 간주되어, THP 사용자들이 FILE LRU에 압박을 줄 가능성이 더 낮았습니다.
    • 이전에는 anonymous 페이지는 active LRU에서 시작되었습니다. 이는 anonymous 메모리가 교체(eviction) 대상으로 고려되기 전에 반드시 inactive로 먼저 강등되어야 했음을 의미합니다. 이제 anonymous와 file 페이지 모두 생성 시점에 동일하게 inactive 상태가 됩니다.
  • 메모리로 fault 된 파일이 나중에 교체되었다가 다시 fault 되어 돌아오는 것을 refaulted라고 합니다. 이러한 경향을 cache thrashing이라고 부릅니다.
    • 이는 동일한 파일들이 여러 번 읽히고 그 전체 크기가 사용 가능한 memory/pagecache를 초과할 때 발생합니다.
    • RHEL 8에서 커널은 cache thrashing을 더 공격적으로 방지하여, pagecache를 늘리고 thrashing을 줄이기 위해 inactive anonymous 페이지를 교체(evict)/swap 할 수 있습니다.
    • 이러한 밸런싱은 active anonymous 페이지를 고려하지 않습니다. 즉, 활발하게 사용되는 페이지는 pagecache를 늘리기 위해 swap 되지 않습니다.
    • 이 개념은 커널에서 workingset이라고 불립니다. '/proc/vmstat'에는 이 동작을 설명하는 여러 workingset 지표가 있습니다.
  • RHEL 8의 'vm.swappiness' 값은 이제 0-200의 범위를 가집니다 (RHEL 7 및 이전은 0-100이었습니다).
  • 'vm.swappiness=0' 설정은 swap을 거의 하지 않도록 합니다. 값 '0'을 피하거나 설정 전에 충분히 테스트할 것을 권장합니다.

Diagnostic Steps

  • Swap 사용량(utilization)은 메모리 부족을 판단하는 좋은 지표가 아닙니다. 이는 I/O 양이 많은 워크로드에서 특히 그러합니다.
  • 대신, '/proc/meminfo'의 MemAvailable이 시스템이 메모리 부족에 빠지거나 완전히 고갈되기 전에 얼마나 많은 메모리를 할당할 수 있는지 보여주는 더 나은 지표입니다. 이 값이 0에 가까워진다면 시스템이 Out Of Memory(OOM) 상태로 향하고 있음을 나타낼 수 있습니다.
  • sar 데이터에서 'pswpin/s'와 'pswpout/s'는 swap 파티션에 대한 읽기 및 쓰기를 나타냅니다. 만약 이 수치들이 동시에 0이 아니라면, 이는 시스템이 현재 메모리 압박(memory pressure)을 받고 있음을 의미할 수 있습니다.

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