2-3. Incremental GC | UE5 GC Deep Dive

SECTION 01

Incremental GC 개요

점진적 가비지 컬렉션의 필요성과 기본 원리

왜 Incremental GC인가?

기본(Full) GC는 한 프레임에서 전체 Mark-Sweep을 완료합니다. 대규모 프로젝트에서 수십만 개의 UObject가 있으면 수십 ms의 히치가 발생합니다. Incremental GC는 이 작업을 여러 프레임에 분산합니다.

                    비교
                    // Full GC (기본)
Frame N: [Game Logic][====== Full GC (30ms) ======][Render]
// 결과: 30ms 히치 → 프레임 드롭

// Incremental GC
Frame N:   [Game Logic][GC 2ms][Render]
Frame N+1: [Game Logic][GC 2ms][Render]
Frame N+2: [Game Logic][GC 2ms][Render]
...
Frame N+14:[Game Logic][GC 2ms][Render]
// 결과: 각 프레임 2ms → 히치 없음
                

활성화 방법

Incremental GC는 gc.AllowIncrementalReachability=1로 활성화되며 UE5에서는 기본 활성화입니다. gc.TimeLimitSeconds로 프레임당 최대 GC 시간을 설정합니다.

SECTION 02

Time Slicing 메커니즘

프레임 시간 예산 내에서 GC 작업을 분배하는 방법

gc.TimeLimitSeconds

핵심 콘솔 변수인 gc.TimeLimitSeconds는 한 프레임에서 GC가 사용할 수 있는 최대 시간(초)을 설정합니다. 이 시간이 초과되면 현재 상태를 저장하고 다음 프레임에서 이어서 작업합니다.

                    C++
                    // 주요 GC 타이밍 콘솔 변수
gc.TimeLimitSeconds = 0.002     // 프레임당 GC 시간 제한 (2ms)
gc.TimeBetweenPurgingPendingKillObjects = 60.0  // GC 간격 (초)
gc.AllowIncrementalReachability = 1  // Incremental 활성화
gc.IncrementalBeginDestroyEnabled = 1 // BeginDestroy도 점진적

// Incremental Reachability 내부 (간략화)
bool PerformIncrementalReachabilityAnalysis(float TimeLimit)
{
    double StartTime = FPlatformTime::Seconds();

    while (ObjectsToProcess.Num() > 0)
    {
        UObject* Current = ObjectsToProcess.Pop();
        ProcessObjectReferences(Current);

        // 시간 제한 체크
        if (FPlatformTime::Seconds() - StartTime > TimeLimit)
        {
            // 현재 상태 저장, 다음 프레임에서 계속
            return false;  // 미완료
        }
    }
    return true;  // 완료
}
                

권장 TimeLimitSeconds 값

플랫폼	목표 FPS	권장 값	프레임 예산 비율
PC (60fps)	60 FPS	0.002 (2ms)	~12%
PC (120fps)	120 FPS	0.001 (1ms)	~12%
콘솔 (30fps)	30 FPS	0.004 (4ms)	~12%
모바일	30-60 FPS	0.003 (3ms)	~10-18%

SECTION 03

쓰기 배리어와 참조 안전성

Incremental GC 중 새로운 참조가 생길 때의 안전 보장

TObjectPtr 쓰기 배리어

Incremental GC의 핵심 과제는 Mark 진행 중 새로운 참조가 생기는 경우입니다. 이미 검사한 객체가 새로 Unreachable 객체를 참조하면, 해당 객체가 잘못 수집될 수 있습니다. UE5의 TObjectPtr는 쓰기 배리어로 이를 방지합니다.

                    C++
                    // TObjectPtr의 쓰기 배리어 (간략화)
template<typename T>
class TObjectPtr
{
    FObjectPtr ObjectPtr;

    void operator=(T* NewValue)
    {
        if (IsGarbageCollecting())
        {
            // GC 진행 중이면 새 참조 대상을 Reachable로 마킹
            if (NewValue)
            {
                FUObjectItem* Item = GUObjectArray.ObjectToItem(NewValue);
                if (Item->HasAnyFlags(EInternalObjectFlags::Unreachable))
                {
                    Item->ClearFlags(EInternalObjectFlags::Unreachable);
                    // 재스캔 큐에 추가
                    GGCReferenceProcessor.MarkForRescan(NewValue);
                }
            }
        }
        ObjectPtr = NewValue;
    }
};
                

raw UObject*의 위험

Incremental GC가 활성화된 상태에서 raw UObject*를 사용하면 쓰기 배리어가 동작하지 않습니다. 이는 GC가 진행 중일 때 새로 참조를 설정해도 대상 객체가 Unreachable로 남아 잘못 수집될 수 있음을 의미합니다. UE5에서 TObjectPtr 사용이 강력히 권장되는 이유입니다.

SECTION 04

Incremental GC 설정과 모니터링

프로젝트 요구사항에 맞는 Incremental GC 튜닝

주요 설정 변수

                    DefaultEngine.ini
                    ; Incremental GC 관련 설정
[/Script/Engine.GarbageCollectionSettings]
gc.TimeLimitSeconds=0.002
gc.AllowIncrementalReachability=True
gc.IncrementalBeginDestroyEnabled=True
gc.CreateGCClusters=True
gc.TimeBetweenPurgingPendingKillObjects=60.0
gc.MaxObjectsNotConsideredByGC=0
gc.MaxObjectsInGame=2162688
gc.MaxObjectsInEditor=12582912
gc.NumRetriesBeforeForcingGC=10

; 런타임에서 변경
; 콘솔: gc.TimeLimitSeconds 0.003
                

Incremental GC 모니터링

                    콘솔 명령어
                    // GC 통계 표시
stat gc

// 출력 예시:
GC Total Time:      2.1 ms    ← 이번 프레임 GC 시간
Mark Time:          1.5 ms    ← Mark 단계 소요
Sweep Time:         0.6 ms    ← Sweep 단계 소요
Objects Destroyed:  42        ← 파괴된 객체 수
Incremental:        Yes       ← Incremental 모드 여부
Remaining Objects:  1523      ← 아직 처리 안 된 객체
                

Incremental GC가 완료되지 않는 경우

객체 생성 속도가 GC 처리 속도를 초과하면 Incremental GC가 영원히 완료되지 않을 수 있습니다. 이 경우 엔진은 gc.NumRetriesBeforeForcingGC 횟수만큼 시도 후 강제 Full GC를 실행합니다. 이를 방지하려면 객체 생성 속도를 제어하거나 Object Pooling을 사용해야 합니다.

SUMMARY

핵심 요약

이 강의에서 배운 내용

Incremental GC는 Mark-Sweep 작업을 여러 프레임에 분산하여 히치를 방지합니다
gc.TimeLimitSeconds로 프레임당 GC 시간 예산을 설정하며, 일반적으로 2ms가 권장됩니다
TObjectPtr의 쓰기 배리어가 Incremental GC 중 새 참조의 안전성을 보장합니다
raw UObject*는 쓰기 배리어가 없으므로 Incremental GC에서 위험합니다
객체 생성이 과도하면 강제 Full GC가 발생하므로 Object Pooling을 고려해야 합니다

PRACTICE

도전 과제

배운 내용을 직접 실습해보세요

실습 1: gc.TimeLimitSeconds 조절 실험

콘솔에서 gc.TimeLimitSeconds를 0.001, 0.005, 0.01로 변경하면서 GC가 한 프레임에서 처리하는 작업량 변화를 stat gc로 관찰하세요. 각 설정에서 GC가 완료되기까지 걸리는 총 프레임 수를 기록하세요.

실습 2: Incremental GC 히치 모니터링

stat unit과 stat gc를 동시에 활성화하고, 10,000개의 UObject를 생성 후 참조 해제하세요. gc.IncrementalBeginDestroyEnabled=1과 =0에서의 프레임 타임 변화를 비교 그래프로 기록하세요.

심화 과제: 커스텀 Time Budget GC 전략 설계

게임플레이 상황(전투 중, 로딩 중, 일시정지)에 따라 gc.TimeLimitSeconds를 동적으로 조절하는 GC Manager 클래스를 설계하세요. 전투 중에는 예산을 줄이고, 로딩 화면에서는 ForceGarbageCollection을 호출하는 전략을 구현하세요.