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Detect and diagnose memory issues #36

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Detect and diagnose memory issues#36
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opened on Jul 6, 2021

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2021/10180/

1. Impact of memory footprint

1-1. 왜 memory footprint를 신경써야하나?

사용자 경험을 극대화하기 위해서!

  • 빠른 앱 활성화
  • 빠른 반응
  • 복잡한 기능 제공
  • 오래된 디바이스도 지원

1-2. Memory footprint

근데 이건 도대체 뭘까?! Dirty + Compressed memory!!

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  • Dirty: 앱에서 사용된 메모리, 모든 heap allocations, Decoded image buffers, Frameworks
  • Compreesed: 최근 access 되지 않은 dirty memory를 압축해둔 페이지. access 하면 압축이 풀림. (macOS에 적용)
  • Clean: 아직 쓰지 않았거나 페이징 할 수 있음. 디스크에 있지만 메모리에 로드하지 않은 것들.

더 알아보기: iOS Memory Deep Dive - https://developer.apple.com/wwdc18/416

2. Tools for profiling memory

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  • XCTest: Unit & UI 테스트에서 메모리 공간을 직접 확인 가능
  • MetricKit, Xcode Organizer: 유저의 운영 환경에서 memory metrics를 모니터링 할 수 있음.
    • memory metrics는 무엇? 검색해보니 측정된 지표 같음... 아는 분 있나요?

🟢 2-1. Performance XCTests

  • 메모리 사용, CPU 사용, 디스크 쓰기 측정 가능
// Monitor memory performance with XCTests

func testSaveMeal() {
    let app = XCUIApplication()
        
    let options = XCTMeasureOptions()
    options.invocationOptions = [.manuallyStart]
        
    measure(metrics: [XCTMemoryMetric(application: app)], // 타겟 앱 지정
            options: options) {

        app.launch()

        startMeasuring() // ⏱ 측정 시작!

        app.cells.firstMatch.buttons["Save meal"].firstMatch.tap()
            
        let savedButton = app.cells.firstMatch.buttons["Saved"].firstMatch
        XCTAssertTrue(savedButton.waitForExistence(timeout: 30)) // 측정을 위해 30초 기다림
    }
}

결과 확인

그러고 나면 테스트 옆에 회색 다이아몬드를 눌러서 결과를 확인할 수 있음

Metric 고르기

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각 iteration 당 측정된 결과 확인

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Baseline 지정

평균 값을 baseline으로 지정할 수 있음 -> 다음 테스트와 비교할 수 있음

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테스트 실패

baseline 보다 높게 나올 경우 테스트 페일됨. 이 지표는 언제 멈추고 코드를 수정해야할지 알려줌.
baseline 부터의 편차를 regression 이라고 부름.

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Diagnostic collection in XCTests (Xcode 13 신기능 👀)

앞서 나온 regression 분석을 위한 새로운 도구가 나왔음
Ktrace files, Memory graphs.

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Ktrace files: 일반적인 시스템 조사, 렌더링 파이프라인 파악, 메인 쓰레드 행 걸리는 이유 분석 등 다양하게 쓸 수 있음

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더 알아보기

🕸 2-2. Memory Graph

Visual debugger로 볼 수도 있지만 command line 으로도 확인할 수 있음

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Enable diagnostic collection

아직 뭔지 잘 모르겠음...ㅠ command line 에서 이렇게 활성화 시킬 수 있음.
이렇게 해두면 nonmemroy metric에 대한 ktrace collection과 memory metrc에 대한 memgrph를 사용할 수 있다.
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테스트 결과

콘솔에 출력는게 많은데 그 중에 주목할 것들은...

테스트 통과 여부

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테스트 실패 이유

예제에서는 퍼포먼스 baseline 기준을 넘지 못했음
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xcresult 파일

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xcresult 열어보기

첨부된 memgraph가 있음!
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zip 파일 열어보면

  • memgraph가 2개 있음
  • malloc 스택 로깅을 위해서 iteration을 한번 더 실행하기 떄문
  • 그래서 필요하다면 iteration 간의 메모리 증가를 분석할 수 있음
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3. Types of memory issues

자 이렇게 추출한 파일을 보고 메모리 이슈를 분석해봅시다
Leak, Heap size issue 이슈를 살펴봄

Command line tool로 메모리 분석하는 거 더 찾아보려면...
iOS Memory Deep Dive - https://developer.apple.com/wwdc18/416

3-1. Leaks

객체를 allocate 하고 deallocate 하지 않은 채로 모든 reference를 잃어버리면 발생함

Leak 발생 원리

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Retain cycle

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memgraph 파일로 이슈 살펴보기

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몇개의 leak이 발생했는지 분석해줌. 아래에는 좀 더 자세한 callstack이 나와있음
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우리 앱에 있는 심볼을 발견할 때가 있음
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코드를 들어가보면 서로 참조 하고 있음 :)
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한쪽을 weak으로 바꿔주기
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(뭔가 엄청난 가이드가 나올줄 알았는데 별건 아니었음...)

3-2. Heap size issues: Heap allocation regressions

힙 공간에 이전보다 많은 메모리를 할당하는 이슈

실패한 XCTest로 돌아가서 살펴보자
어디를 봐야할지 확인하기 위해서 vmmap -summary 를 입력해봄.
pre memgraph랑 post memgraph를 비교

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13 MB 차이가 남!
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스크롤을 좀 더 내려봄.
프로세스의 메모리 사용이 region 별로 나눠져 있음
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Heap allocation issue 라고 추정되기 떄문에 MALLOC_ region을 살펴보겠음
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앞에 나왔던 설명 돌아보면
memory footprint = dirty memory + compressed memory 니까, 아래의 두 열을 보면됨.
(compressed = swapped 같은 의미)
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MALLOC_LARGE region에 대략 13 MB의 dirty memory가 있음 = 아주 강한 의심이 간다
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어떤 object가 관여하는지 더 정확하게 파악해보자
heap -diffFrom 을 실행!

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post 에는 있지만 pre memgraph 에는 없는 것들이 출력됨
좀 내려보면 메모리를 object 단위로 나눠놓은게 있음.
object의 개수, bytes 볼 수 있음
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맨 위에 non-object가 13 MB 정도 차지하는 것을 볼 수 있음ㅠ
Swift에서 주로 raw malloced bytes를 의미함 (뭐지...?)

non-object가 뭔지 파악하는 방법도 있음!!
heap -address 명령어를 입력해서 분석. 최소 500kb의 non-object만 찾도록 지정

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유력한 용의자... 이 주소값을 가지고 다시 찾아보자
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몇 가지 방법이 있음

leaks --traceTree

특정 객체에 대한 정보는 없고 주소값만 있을 때 사용해 볼 수 있음
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아마도 MKTCustomMeal PlannerCollectionViewCell 과 관련이 있어보임
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leaks --referenceTree

모든 메모리의 top-down reference를 보여줌
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--groupByType 옵션 주면 좀 더 보기 편할 수 있음
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malloc_history -fullStacks

이 object가 어떻게 allocate되었는지 파악할 수 있음
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여기서 allocate 되었음을 파악할 수 있다
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코드 수정

mealData는 saveMeal 되고나면 필요없는데 Cell이 유지되는 동안은 계속 남아있게 됨
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saveMeal 이후에 mealData를 nil 처리 하는 방안이 있음
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3-3. Heap size issues: Fragmentation (조각화, 파편화)

iOS에서의 Page 작동원리

  • Page: 프로세스를 위한 메모리 유닛의 최소 단위
  • 페이지는 나눌 수 없기 떄문에, 페이지의 어느 부분에든 쓰게 되면 dirty page로 간주됨. 페이지가 조금만 사용되어도 dirty가 됨.
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Fragmentation

  • 100% 사용되지 않는 dirty page가 있는 경우 발생

처음엔 Clean
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프로세스가 작동하면서 Allocated object가 page를 채움
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일부 Object가 deallocate 되면서 free memory가 됨.
하지만 여전히 allocated object가 있기 떄문에 여전히 dirty page.
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시스템은 이 빈공간을 채우려고 함.
파란색 크기의 allocation이 있다고 가정함.
빈공간을 합쳐보면 파란색 allocation을 받아줄 수 있지만, 한번에 allocate할 공간은 없음
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기존의 슬롯을 활용할 수 없기 때문에, 새로운 dirty page를 사용하게 되었음.
이렇게 free memory가 부분적으로 남아있는 경우를 Fragmentation 이라고 함
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fragmentation을 줄이기 위해서는
메모리에서 유사한 lifetime을 가진 object끼리 allocate 하는 것이 가장 좋은 방법

동일한 Object는 모아서 allocate
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이러면 Object가 deallocate 되었을 때 Clean Page를 확보할 수 있음
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실제 시나리오에서는

  • fragmentation이 불가피함
  • 조금 더 줄이는 것에 목표를 두는 것이 좋음
  • autorelease pool을 사용하자
  • 장시간 작동하는 프로세스는 주의를 기울이자

이슈 살펴보기

vmmap -summary 입력해서 볼 수 있음
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DIRTY+SWAP FRAG SIZE를 보면 정확히 낭비되는 공간을 볼 수 있음
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Instruments Tool > Allocations
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Allocation List, Created & Destroyed를 체크해서 확인
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Instruments tool 사용을 좀 더 알아보려면 -> Getting Started with Instruments

Detect

모니터링

새 기능 추가 후에도 XCTest를 작성하여 지속적으로 퍼포먼스를 모니터링 할 수 있음
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이슈 분석

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Metadata

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