커널은 swap을 어떻게 관리할까?

컴구 강의중에 교수님이 언급하신 swap.

처음 든 생각은 vim 제대로 못 쓸 때 저장을 안 했었나? 나도 모르게 생긴 swap 파일들과 충돌 해결한 거…

같은 swap 개념인지는 모르겠지만, 분명 파일시스템 아래에서 관리되고 있었다. 원래 제목을 파일시스템은 swap을 어떻게 관리하고 있을까? 였는데 뭔가 적다보니 디스크라고 하는 게 정답에 가까워지는 것 같아 디스크로 바꿨다.

커널이 관리한다고 하는 게 맞는 것 같아 커널로 변경~!

vim의 swap 파일

대략적인 이해는 이렇다. 일단 vim의 임시파일과는 완전 다른 개념.

정상적으로 저장되지 않은 vim 에디터 상의 데이터를 저장하는 .swp 확장자를 가진 파일. 바이너리로 저장된다고 하고, vim -r 명령어로 복구가 가능하다.

생기는 원리 TBD

SWAP 메모리 / 가상 메모리

그럼 메인 메모리의 용량이 부족해서 디스크를 메모리처럼 활용하는 개념은 뭐라고 불러야 할까?

SWAP 메모리, 가상 메모리 라고 한다.

~~주로 무료티어의 서버 환경을 사용하는 사람들이 자주 활용한다고 한다.~~

사용하지 않는 페이지만 SWAP에 저장한다? 그냥 메인 메모리처럼 활용한다? 공식 문서를 찾아봐야겠다.

CH.11 Swap Management

공식 문서? 인지는 모르겠지만, 위 글에서 정리한 건 다음과 같다.

Swap 메모리를 생성하는 과정을 Swaping이라 하지 않고, Paging이라 한다.

페이지를 copy하는 것과 동일하게 구현되어 있다 함 (위치가 디스크겠지?)
용량이 꽉 찼을 때 뿐만 아니라, 사용되지 않지만 초기화 되어 있는 페이지를 디스크로 내려서 관리하기도 한다. (버퍼를 활용하기 위해)

활성화된 Swap 영역에는 swap_info_struct 구조체가 있다. 런타임 중에 swap_info라는 32개 사이즈를 가진 정적 배열에서 관리된다.

동시에 32개의 swap 영역만 활성화 될 수 있다.

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64 struct swap_info_struct {
 // 영역의 활성화 상태를 나타내는 flag : (SWP_USED, SWP_WRITEOK)
 65 unsigned int flags;

 // 영역이 파티션에 위치할 경우 디바이스 정보 저장 ( 파일일 경우 NULL )
 66 kdev_t swap_device;

 67 spinlock_t sdev_lock; // 스핀락

 // 스왑영역으로 마운트 된 파일, 디바이스의 디렉터리 엔트리
 68 struct dentry * swap_file;
 69 struct vfsmount *swap_vfsmnt; // 저장 위치의 vfsmount 객체

 // 영역에 있는 페이지들의 사용 현황
 // ( 0:free, 1:used/cache, MAX:reserved )
 70 unsigned short * swap_map;

 // 선형 탐색 최적화 용 비트들
 71 unsigned int lowest_bit;
 72 unsigned int highest_bit;

 // 파일 i/o용 변수들
 73 unsigned int cluster_next; // 다음 블록 offset
 74 unsigned int cluster_nr;  // 해당 클러스터의 사용가능 페이지 수

 75 int prio;  // 영역간 우선순위
 76 int pages;  // 사용가능 슬롯 수
 77 unsigned long max; // 전체 슬롯 수
 78 int next; // 다음 우선순위를 가진 영역 index
 79 };

swap_info에도 저장이 되지만, swap_list라는 배열에도 저장이 된다.

swap_list는 간단한 구조로, 라이트한 탐색이 가능.

영역 안의 각 슬롯은 페이지 크기 만큼 할당된다. 첫 번째 슬롯엔 슬롯 영역에 대한 메타데이터가 저장된다.

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 25 union swap_header {
 26     struct
 27     {
 28         char reserved[PAGE_SIZE - 10];
 29         char magic[10]; // 스왑 영역 버전 설정
 30     } magic;
 31     struct
 32     {
 33         char     bootbits[1024];    // 파티션 정보 저장
 34         unsigned int version;       // 스왑 영역 레이아웃 버전
 35         unsigned int last_page;     // 영역에 저장된 마지막 페이지
 36         unsigned int nr_badpages;   // 불량 페이지의 개수
 37         unsigned int padding[125];  // 디스크 섹터 크기 맞추기용 패딩
 38         unsigned int badpages[1];   // 불량 페이지 수
 39     } info;
 40 };

11.2 부터는 PTE → swap 파일로 swap out할 때 어떤 과정을 거치는 지 설명되어 있다. 스왑 캐시나 복구 과정도 나와있다.

여유로울 때 추가 예정

어떻게 관리하는지는 위의 구조체를 활용하는구나~ 정도로 이해가 된다. 디스크 섹터나 선형 탐색용 인덱스 필드 같은 최적화 요소들이 많이 있는 게 인상적이다.