램디스크 (2/2) - 램디스크 Plus의 가능성 때문에 안정성을 포기해야 할까?

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⇒  Windows XP, Posted 배우기(Mr.Learn) on 2009년 04월18일 PM 07:43

 램디스크라는 것은 시스템에서 가장 빠른 주기억장치인 램을 이용하는 것으로써 느린 보조 기억장치(HDD) 일부를 대체시킴으로 실행시간을 단축시키데 매우 효과적인 방법 중에 하나이다. 과거 MS DOS시절을 살펴보면 특정한 프로그램을 자주 빠르게 실행을 해야 하는데 램상주(TSR)를 지원하지 않을 때 램디스크를 활용함으로 TSR의 효과를 얻을 수 있고, 경우에 따라서 부팅 속도를 높히거나 자동 시작 프로그램에도 사용하기도 했다. 그러나 램은 가장 비싼 장치 중에 하나였기 때문에 주로 PC에 아낌없는 투자를 하는 PC 매니아나 또는 전문가, 산업현장에서의 DOS기반 자동화 장치, 네트워크 등에 주로 사용되었다.

 옛날(?)에는 그랬지만^^ 최근 들어서는 시대가 시대인 만큼 보다 우수한 하드웨어를 저렴하게 접할 수 있는 기회가 많아져 일반 PC 사용자들의 요구와 수준도 높고, PC의 성능을 보다 극대화하려는 PC가이들의 열정은 지속되고 있다. 배우기(Mr.Learn) 역시 PC가이에 한 사람이지만 오랜기간 PC를 사용하면서도 Windows에 대해서는 아는 것 보다는 모르는 것이 더 많다는 것이 개인적인 유감인지라 오늘도 Windows에 대한 이해의 폭을 넓히기 위해 나름대로의 노력을 경주하고 있다. Windows라는 것이 방대하기도 하지만, 여러 전문적인 분야로 나뉘어져 있고 그 중에 조금이나 쉽게 접근할 수 있다면 Windows Shell이 아닐까했지만 이마저도 상당한 전문성이 필요하다라는 것을 시간이 갈수록 절실하게 느끼고 있다.

 이번 웹로그에서는 SuperSpeed의 RamDisk(이하 램디스크 도구)과 관련된 이슈를 다루어 보는데, SuperSpeed는 램디스크를 만드는 전문가집단이다. 따라서 눈속임 기술을 가지고 사용자를 현혹하는 것은 분명 아닐 것이고, 이를 사용하는 사용자 역시 나름대로의 활용가치를 느끼고 있다는 생각인데, 너무 확대 과장되고 있다는 생각이 들었다. 램디스크와 관련된 다양한 글들을 접해보면 도저히 배우기(Mr.Learn)가 가진 컴퓨터 상식으로는 납득할 수 없는 것이 있는데, 다름아닌 하드웨어 예약(HardWare Reserved) 공간 전체를 램디스크를 이용해서 사용할 수 있다라는 것이다. 그래서 이 부분에 대해서 나름대로 탐구를 해보았고, 이번 웹로그에서 가장 중요시 되는 부분이다.


 Windows 퍼포먼스와 Application 퍼포먼스.

 Windows 클라이언트에서의 퍼포먼스는 기본적으로 Windows에 설치된 프로그램을 실행하는데 보다 많은 시스템 자원을 할당하도록 설정되어 있다.(시작 ► 시스템 등록 정보 ► 성능 옵션) 이것은 특화된 Application만을 위한 것이 아닌 포그라운드(foregeound)에서 실행되는 프로그램들의 원할한 멀티태스킹(다중작업)이 가능하도록 CPU와 메모리를 효과적으로 분배를 하면서 적절한 밸런스 유지가 되도록 하는 것이다. 반면, 램디스크는 분명한 목적을 가지고 사용자가 결정하는 것으로써 특화된 Application만의 퍼포먼스를 위한 것이 된다. 일종의 한 곳에 몰아주기식 설정인 셈이고 램디스크가 사용된 프로그램의 효과는 벤치마킹 결과로써 충분히 긍정적으로 입증된다. 그러나 어쨋든 작던 크던 Windows 전체 퍼포먼스에는 영향을 줄것이고 몇 십 메가바이트 혹은 몇 백 메가바이트의 램디스크가 어떤 시스템에서는 짧은 시간 긍정적인 효과를 얻을 수 있지만 역효과도 가질 수 있기 때문에 사용자가 목적에 맞도록 적절한 설정과 유지를 필요로 한다. 특히 램디스크 Plus를 이용한 UM(Unmanaged Memory) 접근은 시작과 종료, 램디스크 제거시(remove)에서도 문제가 발생할 수 있는데, 실질적으로 테스트 과정에서 몇가지 심각한 문제(crash, freeze, bluescreen, etc.)를 경험했다. 간혹 MS 문서에는 XP SP2의 PAE를 언급하는 경우가 있긴한데, 32비트(x86) Windows XP나 비스타에서 PAE를 전제로 4GB를 초과해서 사용할 수 있다라는 MS의 공식적인 문서는 확인 바가 없다. 이 부분에서 사용자들은 혼란을 느끼지 않을 수 없을 것이다. 또한 32비트(x86)에서 PAE의 활성은 예상치 못한 오류를 동반할 수 있다는 것을 먼저 염두에 두어야 한다.


 SuperSpeed 램디스크의 일반적인 설정(非UM)

 Windows 상에서의 램디스크는 다른 유틸리티와 마찬가지로 별다른 문제없이 비교적 잘 작동이 된다. 기본적인 램디스크 생성은 매우 단순해서 프로그램을 실행하고 연두색 +아이콘을 클릭해서 사용하고픈 만큼의 램디스크 용량을 추가해 주면 된다. 그런데 여기서 왼쪽 이미지를 유심히 볼 필요가 있다. 램디스크가 이 PC에서 사용 가능하다고 추정한 용량은 2960MB이다. Estimated total memory available: 2960 MB. 여기서 Estimated라는 것은 램디스크가 나름대로의 메모리 계산 방식에 의해서 추정한 값을 나타내는 것이지 이것이 절대적으로 옳은 수치는 아니다. Windows 작업 관리자를 신뢰(?) 한다면 이 PC에서의 커밋은 3.64GB이다. 이 PC에서 어플리케이션들이 할당 받아 사용할 수 있는 최대 용량이자 한도로 이미 책정된 수치이다. 다시말해 4GB 램을 탑재한 PC(x86, 32비트 Windows)에서 어플리케이션이 페이지 파일을 사용하지 않고 실제 메모리만으로 소비할 수 있는 최대 수치이며, 이러한 경우 Windows 전체 퍼포먼스는 증가하기 때문에 종종 커스터마이즈하는 방법이다. 시스템 램이 4GB라면 페이지 파일 없음(0MB)으로 어플리케이션이 실제 메모리로만 작동되도록 하는 것이 가능하며, 3GB 정도면 웬만큼 고용량의 작업들도 가능하다. 그런데 램디스크의 추정값을 그대로 받아 들여야 할까? 이것은 그저 램디스크가 추정한 수치일 뿐이다. 그렇지만 非UM에서는 추정값은 별 의미가 없다 사용자가 원하는 만큼의 램을 할당하고 사용하면 된다.


 PAE 활성과 Unmanaged Memory(약칭 UM) 사용

 문제는 램디스크 Plus에서 말하는 PAE 사용을 전제로한 UM이다. Windows 클라이언트 XP, 비스타는 한도 4GB이다. 클라이언트 요구사항에서 MS는 한도 4GB라고만 표기하고 있는데, 서버 2003의 경우는 PAE(실제주소 확장, Phsical Address Extension)를 활성화를 전제로 32비트 시스템에서 최대 64GB까지 사용할 수 있다고 한다. 윈앤위에서도 말도 많았던 것이 PAE이지만 램디스크 plus와 Unmanaged Memory는 필수적인 조건이 된다. PAE는 32비트가 아닌 36비트 주소체계를 사용하고, 32비트 CPU라도 내부적으로는 36bit, 40bit사용이 가능하다. 또 36비트라는 주소 체계가 사용됨으로 가상 메모리와 실제 메모리 사이의 주소 변환에 필요한 PTE(Page Table Entery)의 인덱스가 변경이 되는데, 일부 사용자들은 PTE 테이블이 2개에서 3개로 사용되면서 리매핑로 인한 성능저하가 발생된다고 주장한다. 배우기(Mr.Learn)가 Memory Management 문서를 확인한 바로는 PTE Index에 2bit가 추가되는 것이지 테이블 갯수가 늘어나지는 않는 듯 싶다.(메모리 매니지먼트쪽으 조금씩 접근 중) (2009/12/15일 추가내용 : 테이블 변환시 36비트 주소가 사용되면서 주소변환에 필요한 테이블이 2개에서 3개로 늘어나지만, 이것은 동일한 사양의 CPU가 32비트 동작시 4byte(32 / 8)주소 처리를 하는 것과 64비트 동작시 8byte(64 / 8)처리를 함으로써 퍼포먼스가 떨어진다는 개념과 유사하다는 생각이다.) 테이블이던 인덱스이건 이 문제는 넘어가더라도 Windows의 퍼포먼스를 떨어뜨린다고는 생각이 들지 않는데, 100m를 10초에 주파하는 육상선수가 200m를 20초에 주파하는 것을 두고 단지 10초가 늘었으니 실력발휘를 못했다고 할 수 있을까? 16비트 PC에서도 더 많은 주소 공간을 사용하고자 2개의 주소를 조합해서 20비트 주소 체계를 사용했고, 20비트 버스라인을 사용했는데 이래서 성능저하가 발생했던가?




 32비트 Windows에서는 PAE없이 4GB를 넘는 주소에는 접근할 수 없기 때문에 시스템에 4GB 램 이상을 장착한다면 Unmanaged Memory는 당연히 생기는 것이고 이것을 램디스크로 잡아 사용하는 것은 별반 문제될 것이 없다는 생각이다. 그런데 SuperSpeed사(RamDisk 9.0 Help 파일)을 보면서 주의 깊게 확인하지 않으면 사용자가 자칫 오해를 할 수 있는 소지가 다분하다고 할 수 있다. 먼저 Unmanaged Memory(약칭 UM)라는 부분에서는 PAE를 활성화를 전제로 모든 32비트 Windows는 잠재적으로 64GB까지 접근 할 수 있다고 한다. - With PAE-mode enabled, all 32-bit Windows editions can potentially access up to 64 GB of main memory. 여기서 potentially라는 단어가 사용되었는데, 배우기(Mr.Learn) 콩글리쉬로 판단할 때는 긍정적으로 활용 가능성을 얘기하는 것이지 모든 Windows에 적용된다리는 것은 아니라고 본다. 다시말해 확실성(certainty)이 아닌 잠재성(potential)을 가진 기능으로 실패의 가능성도 포함이 된다. 그리고 PAE는 램디스크가 구현하는 기술이 아닌 이미 실제 주소 확장이라는 타사(Intel)의 기술을 통해서 구현하는 것이고, PAE가 적용되면 Windows는 해당 주소 공간에 대한 사용 및 관리가 가능하기 때문에 엄밀하게는 Umanaged가 아닌 unused에 가깝고, 램디스크가 말하는 것은 UM이란 unused도 포함이 된다. We call the main memory that Windows does not use or manage "Unmanaged Memory", or UM. - 램디스크가 UM이라 칭하는 것은 Windows가 사용하지 않거나 관리하지 않는 메모리를 램디스크가 사용한다는 것일 뿐이다. 절대로 Windows로는 불가능한 것이 램디스크로는 가능하다라는 것이 아니다.



 따라서 MS의 제한(?)으로부터 해방감을 느끼게 해주는 도구로 둔갑시켜서는 안될 것이다. 4GB를 초과해서 PAE로 활성화된 메모리 영역을 램디스크로 할당을 해서 사용을 하던 램디스크가 말하는 것 처럼 8GB에서 최대 7.5GB를 사용을 하던 사용자가 결정할 문제일 것이다. 그런데 배우기(Mr.Learn)가 확인하고 싶은 것은 Windows의 한도 4GB이내의 공간에서 하드웨어 예약 또는 시스템 예약이라고 하는 필수적으로 필요한 공간을 램디스크로 생성을 한다는 문제인데, 일부 사용자들은 이 예약공간 전체에 대해서 Windows가 사용하지 못하거나 관리하지 못하는 공간으로써 낭비가 되고 있다라고 고민하며, 이 고민을 램디스크가 해결을 해준다라고 믿고 있다. 하드웨어 예약 공간 전체를 램디스크로 잡는다? 소도 웃을 일이 아닌가?


 4GB(x86, 32비트)에서의 Unmanaged Memory

 PAE 모드가 활성되어 4GB를 초과한 메모리는 Windows가 지원하는 방식으로 사용하던지 취향대로 램디스크를 사용하던지 사용자의 선택이지만, 일부 사용자들이 말하는 4GB - 3.2GB = 0.8GB의 영역은 시스템마다 차이는 나지만, 하드웨어 예약(Hardware Reserved) 공간으로써 바이오스, 비디오 아답터, 사운드카드 등 장치들이 점유하는데, 이 중에서 가장 많은 공간을 소비하는 것은 비디오카드이다. MS의 설명에 의하면 비디오 카드의 온보드 메모리가 시스템 메모리를 겹쳐쓰기 때문에 시스템 메모리가 감소한다고 한다. 여기서 겹쳐쓴다는 것은 맵핑이라고 하며, 공유한다라고도 하는데, 배우기(Mr.Learn)가 사용자 경험을 통해서 대략적으로 파악해 보니까 기타 장치들까지 포함 온보드 메모리 기준으로 128M면 약 200MB, 256MB면 약 400MB, 512MB면 약 800MB가 소비되는 것으로 파악이 된다. 최근 어떤 외국 사용자 보니까 라데온 비디오카드 1GB 장착한 64비트 시스템에서는 Windows 7에서 약 1.2GB를 소비해서 4GB -1.2GB = 2.8GB 밖에 사용 못하는다는 불평을 보았다.

 그럼 과연 램디스크는 어떤 방법으로 시스템 예약 부분을 어떻게 사용을 하는 것일까? 램디스크 Help파일에 기술적인 자세한 설명은 없지만 힌트를 얻어서 나름대로 결론을 내렸다. 시스템 예약 부분을 모조리 날려 버리고 차지를 한다면 PC는 완전 깡통이 될 것이지만 램디스크는 일부 예약된 공간을 1M 리셋 예약(왼쪽 이미지)을 하는 방법을 사용하는 듯 하다. 대게 디스플레이의 경우는 해상도 및 색상 품질에 따라서 필요로 하는 메모리의 양이 다른데 이러한 기능까지 예약된 공간에 포함이 되므로 1M 리셋 예약으로 당장에 필요 없는 비디오 관련 예약 공간을 최소한의 적은 크기로 예약을 하고 이 공간에 사용가능한 영역으로 할당(allocation)을 하는 것으로 생각된다. 그런데 이것은 일반적인 데스크톱 PC 환경이 아닌 공장 출하 전의 커스터마이즈 또는 옵티마이즈가 가능한 Windows 임베디드(embedded)와 같은 특수한 환경을 고려, UM의 동적 할당(dynamic allocation)의 유연성을 강조하는 것으로 생각이 되었다.

 Windows에서의 시스템 예약 공간은 안정성과 직결되는 매우 중요한 부분이다. 부트시 드라이버가 로드가 되면서 시스템 예약 공간에 안착이 된다고 할 수 있는데, 이러한 공간이 임의적으로 접근된다는 것은 안정성과 보안성면에서도 리스크 부담이 높다고 할 수 있다. Windows 임베디드가 아닌 데스크톱 환경에서도 PAE와 함께 가능성이 있다라는 것은 인정이 되지만, 앞서서 말했듯이 MS가 Windows 32비트 시스템에서 공식적인 인정을 하는 것이 아니라는 점이다. 따라서 이에 대해서는 사용자 책임이 따르고, Windows의 안정성은 담보될 수 없다는 생각이다.

WARNING : Attempting to use this memory is risky and may cause the system to crash.(경고 : 이 메모리 사용을 시도하는 것은 위험하며, 시스템에 충돌을 야기시킬 수 있습니다.)

 UM을 사용함으로 인해서 발생할 수 있는 문제에 대해서 위에서처럼 시스템의 충돌(crash)를 야기시킬 수 있다라고 분명하게 경고를 하고 있다는 점을 잊어서는 안될 것이다.


 또하나 램디스크의 메모리 계산 방식에서는 황당하다고 할 수 있다. (상단 이미지) 이 PC에서는 하드웨어 예약 공간을 제외하고 약 3.8GB의 실제 메모리가 존재한다. 여기서 어플리케이션이 실행할 수 있도록 할당한 공간이 3.63GB인데, 램디스크가 실행되므로써 할당된 메모리의 전체(현재 사용중인 공간)나 최고(가장 많이 사용되었던 기록)가 불과 1.6GB이라는 점이다. 이러한 상황에서 램디스크 2048(2GB)가 잡혀 있고, 이렇게 램디스크 2GB를 생성하고도 실제 메모리의 사용 가능은 2.00GB가 남아 있다. 더불어 이 PC는 어플리케이션이 페이지 파일을 사용하지 못하도록 설정되었음에도 불구하고 램디스크가 페이지 파일을 대략 1.5GB를 강제로 생성한다는 점이다. 누가 거짓 정보를 출력하는 것인가??? Windows 아니면 램디스크가? 둘 중 하나는 잘못된 정보를 출력해 주고 있을 것이다. 그것도 아니라면 배우기(Mr.Learn)가 구독자들을 속이기 위한 조작된 이미지를 업로드 했을까?

 다른 방법으로는 PAE를 비활성화시키고 비UM에 동일하게 2048의 램디스크를 생성해 보았더니 실제 메모리 항목과 할당된 메모리에에서의 메모리 소비가 정확하게 2GB씩 감소 되었고, 페이지 파일도 강제로 2GB가 증가 하였다. 이것으로 보아 램디스크 Plus가 PAE 활성을 전제로 UM을 이용해서 생성한 램디스크는 뭔가 오류가 있다라는 생각이다. 설령 램디스크가 2GB 생성이 되었다라고 하더라도 오류를 일으킨다면 무슨 소용이 있는가. 그러나 위에서 보면 사용자들이 오해할 수 있는 소지가 다분하다라는 것은 분명하다.

 PC나 Windows의 초보 사용자들은 위에 이미지를 보고 언뜻 램디스크가 2GB(2048MB)를 잡았음에도 사용 가능한 용량이 여전히 2GB가 남아 있으니 결과적으로 4GB를 모두 사용하고 있다라는 오해를 불러 일으킬 소지가 다분하다. 아마도 이러한 것으로 인해서 램디스크 Plus라는 것이 잘못 전파되고 있을지 모른다는 생각을 해보았다. 설령 2GB가 아닌 보다 적은 양의 램디스크를 잡아서 사용을 하더라도 시스템 예약 공간에 접근하게 되면 Windows는 상당히 불안하고, 실제로 테스트 과정에서 수차례 높은 수준의 IRQ를 요구한다는 스톱 메시지 그리고 win32k.sys 오류가 발생을 했으며, 심지어는 시스템이 맛이 가는 돌발 상황까지 발생을 해서 응급조치를 취했다. 또한 램디스크는 하드웨어 예약 공간 전체를 날려버리고 그 부분을 UM공간을 잡는 것이 아니고 PAE사용을 전제로 해서 시스템 예약 부분에 강제로 일부의 UM 공간을 쥐어 짜내 동적 할당하고, 더불어 PAE가 필요없는 공간까지 포함을 해서 램디스크를 할당하는 것이다.

 결론적으로 Windows 임베디드에서는 시스템 예약 공간을 임의적으로 이동 편성이 가능해서 동적 할당으로 인한 문제에서 벗어날 수 있지만, 일반 데스크톱에서는 잠재성(potential)이 있다라는 이유만으로 시스템 예약공간까지 접근을 하고 UM화시켜 램디스크로 생성하는 것은 추천하고 싶지 않다.