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메모리 누수 위험있는 FinalReference 참조 분석하기
김진광
2023.10.12
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[행사] 브레인즈컴퍼니 ‘가을문화행사 2023’
Java에서 가장 많이 접하는 문제는 무엇이라 생각하시나요? 바로 리소스 부족 특히 ‘JVM(Java Virtual Machine) 메모리 부족 오류’가 아닐까 생각해요.
메모리 부족 원인에는 우리가 일반적으로 자주 접하는 누수, 긴 생명주기, 다량의 데이터 처리 등 몇 가지 패턴들이 있는데요. 오늘은 좀 일반적이지 않은(?) 유형에 대해 이야기해 볼게요!
Java 객체 참조 시스템은 강력한 참조 외에도 4가지 참조를 구현해요. 바로 성능과 확장성 기타 고려사항에 대한 SoftReference, WeakReference, PhantomReference, FinalReference이죠. 이번 포스팅은
FinalReference를 대표적인 사례
로 다루어 볼게요.
PART1. 분석툴을 활용해 메모리 누수 발생 원인 파악하기
메모리 분석 도구를 통해 힙 덤프(Heap Dump)를 분석할 때, java.lang.ref.Finalizer 객체가 많은 메모리를 점유하는 경우가 있어요. 이 클래스는 FinalReference와 불가분의 관계에요. 나눌 수 없는 관계라는 의미죠.
아래 그림 사례는 힙 메모리(Heap Memory)의 지속적인 증가 후 최대 Heap에 근접 도달 시, 서비스 무응답 현상에 빠지는 분석 사례인데요. 이를 통해 FinalReference 참조가 메모리 누수를 발생시킬 수 있는 조건을 살펴볼게요!
Heap Analyzer 분석툴을 활용하여, 힙 덤프 전체 메모리 요약 현황을 볼게요. java.lang.ref.Finalizer의 점유율이 메모리의 대부분을 점유하고 있죠. 여기서 Finalizer는, 앞에서 언급된 FinalReference를 확장하여 구현한 클래스에요.
JVM은 GC(Garbage Collection) 실행 시 해제 대상 객체(Object)를 수집하기 전, Finalize를 처리해야 해요.
Java Object 클래스에는 아래 그림과 같이 Finalize 메서드(Method)가 존재하는데요. 모든 객체가 Finalize 대상은 아니에요.
JVM은 클래스 로드 시, Finalize 메서드가 재정의(Override)된 객체를 식별해요. 객체 생성 시에는 Finalizer.register() 메서드를 통해, 해당 객체를 참조하는 Finalizer 객체를 생성하죠.
그다음은 Unfinalized 체인(Chain)에 등록해요. 이러한 객체는 GC 발생 시 즉시 Heap에서 수집되진 않아요. Finalizer의 대기 큐(Queue)에 들어가 객체에 재정의된 Finalize 처리를 위해 대기(Pending) 상태에 놓여있죠.
위 그림과 같이 참조 트리(Tree)를 확인해 보면, 많은 Finalizer 객체가 체인처럼 연결되어 있어요. 그럼 Finalizer 객체가 실제 참조하고 있는 객체는 무엇인지 바로 살펴볼까요?
그림에 나온 바와 같이 PostgreSql JDBC Driver의 org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement인 점을 확인할 수 있어요. 해당 시스템은 PostgreSql DB를 사용하고 있었네요.
이처럼 Finalizer 참조 객체 대부분은 Jdbc3gPreparedStatement 객체임을 알 수 있어요. 여기서 Statement 객체는, DB에 SQL Query를 실행하기 위한 객체에요.
그렇다면, 아직 Finalize 처리되지 않은 Statement 객체가 증가하는 이유는 무엇일까요?
먼저 해당 Statement 객체는 실제로 어디서 참조하는지 살펴볼게요. 해당 객체는 TimerThread가 참조하는 TaskQueue에 들어가 있어요. 해당 Timer는 Postgresql Driver의 CancelTimer이죠.
해당 Timer의 작업 큐를 확인해 보면 PostgreSql Statement 객체와 관련된 Task 객체도 알 수도 있어요.
그럼 org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement 클래스가 어떻게 동작하는지 자세히 알아볼까요?
org.postgresql.jdbc3g.Jdbc3gPreparedStatement는 org.postgresql.jdbc2.AbstractJdbc2Statement의 상속 클래스이며 finalize() 메서드를 재정의한 클래스에요. Finalize 처리를 위해 객체 생성 시, JVM에 의해 Finalizer 체인으로 등록되죠.
위와 같은 코드로 보아 CancelTimer는, Query 실행 후 일정 시간이 지나면 자동으로 TimeOut 취소 처리를 위한 Timer에요.
정해진 시간 내에 정상적으로 Query가 수행되고 객체를 종료(Close) 시, Timer를 취소하도록 되어 있어요. 이때 취소된 Task는 상태 값만 변경되고, 실제로는 Timer의 큐에서 아직 사라지진 않아요.
Timer에 등록된 작업은, TimerThread에 의해 순차적으로 처리돼요. Task는 TimerThread에서 처리를 해야 비로소 큐에서 제거되거든요.
이때 가져온 Task는 취소 상태가 아니며, 처리 시간에 아직 도달하지 않은 경우 해당 Task의 실행 예정 시간까지 대기해야 돼요.
여기서 문제점이 발생해요.
이 대기 시간이 길어지면 TimerThread의 처리가 지연되기 때문이죠. 이후 대기 Task들은 상태 여부에 상관없이, 큐에 지속적으로 남아있게 돼요.
만약 오랜 시간 동안 처리가 진행되지 않는다면, 여러 번의 Minor GC 발생 후 참조 객체들은 영구 영역(Old Gen)으로 이동될 수 있어요.
영구 영역으로 이동된 객체는, 메모리에 즉시 제거되지 못하고 오랜 기간 남게 되죠. 이는 Old(Full) GC를 발생시켜 시스템 부하를 유발하게 해요. 실제로 시스템에 설정된 TimeOut 값은 3,000초(50분)에요.
Finalizer 참조 객체는 GC 발생 시, 즉시 메모리에서 수집되지 않고 Finalize 처리를 위한 대기 큐에 들어가요. 그다음 FinalizerThread에 의해 Finalize 처리 후 GC 발생 시 비로소 제거되죠. 때문에 리소스의 수집 처리가 지연될 수 있어요.
또한 FinalizerThread 스레드는 우선순위가 낮아요. Finalize 처리 객체가 많은 경우, CPU 리소스가 상대적으로 부족해지면 개체의 Finalize 메서드 실행을 지연하게 만들어요. 처리되지 못한 객체는 누적되게 만들죠.
요약한다면 FinalReference 참조 객체의 잘못된 관리는
1) 객체의 재 참조를 유발 2) 불필요한 객체의 누적을 유발 3) Finalize 처리 지연으로 인한 리소스 누적을 유발
하게 해요.
PART2.
제니우스 APM을 통해 Finalize 객체를 모니터링하는 방법
Zenius APM에서는 JVM 메모리를 모니터링하고 분석하기 위한, 다양한 데이터를 수집하고 있어요. 상단에서 보았던
FinalReference 참조 객체의 현황에 대한 항목도 확인
할 수 있죠.
APM 모니터링을 통해 Finalize 처리에 대한 문제 발생 가능성도
‘사전’
에 확인
할 수 있답니다!
위에 있는 그림은 Finalize 처리 대기(Pending)중인 객체의 개수를 확인 가능한 컴포넌트에요.
이외에도 영역별 메모리 현황 정보와 GC 처리 현황에 대해서도 다양한 정보를 확인 할 수 있어요!
이상으로 Finalize 처리 객체에 의한 리소스 문제 발생 가능성을, 사례를 통해 살펴봤어요. 서비스에 리소스 문제가 발생하고 있다면, 꼭 도움이 되었길 바라요!
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©참고 자료
◾ uxys, http://www.uxys.com/html/JavaKfjs/20200117/101590.html
◾ Peter Lawrey, 「is memory leak? why java.lang.ref.Finalizer eat so much memory」, stackoverflow, https://stackoverflow.com/questions/8355064/is-memory-leak-why-java-lang-ref-finalizer-eat-so-much-memory
◾ Florian Weimer, 「Performance issues with Java finalizersenyo」, enyo,
https://www.enyo.de/fw/notes/java-gc-finalizers.html
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#제니우스 APM
김진광
APM팀(개발3그룹)
개발3그룹 APM팀에서 제품 개발과 기술 지원을 담당하고 있습니다.
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2023.04.19
쿠버네티스(K8s) 모니터링 가이드: 핵심 원칙부터 장애 원인 분석까지
쿠버네티스(K8s) 모니터링 가이드: 핵심 원칙부터 장애 원인 분석까지
CNCF가 2026년 1월 발표한 ‘Annual Cloud Native Survey’에 따르면, 컨테이너를 사용하는 조직의 82%가 Kubernetes를 프로덕션 환경에서 운영하고 있고, 생성형 AI 모델을 호스팅하는 조직의 66%도 일부 또는 전체 추론 워크로드를 Kubernetes로 관리하고 있는 것으로 나타났습니다. Kubernetes 활용이 늘면서 운영 환경도 한층 복잡해지고 있습니다. 멀티 클러스터와 하이브리드 클라우드, AI·GPU 워크로드까지 관리 범위가 넓어지면서 개별 자원의 상태뿐 아니라 구성요소 간 관계와 변화, 장애 발생 전후의 흐름을 함께 확인하는 모니터링이 중요해지고 있습니다. 그렇다면 복잡해지는 Kubernetes 환경은 어떻게 모니터링해야 할까요? Kubernetes 모니터링의 기본 원칙부터 하이브리드 클라우드 관리, 전체 운영 현황 분석, 워커노드와 워크로드 관리까지 단계별로 살펴보겠습니다. 1. 쿠버네티스(K8s) 모니터링에서 꼭 기억해야 할 3가지 핵심은? 기존 서버 환경에서는 CPU, Memory, 프로세스 등 비교적 고정된 대상을 지속적으로 관찰하는 방식이 중심이었습니다. 하지만 Kubernetes에서는 Cluster, Node, Workload, Pod, Service 등이 유기적으로 연결되고 지속적으로 변화합니다. 따라서 개별 지표를 확인하는 것만으로는 전체 상황이나 장애 원인을 파악하기 어렵습니다. Kubernetes 모니터링에서는 다음 세 가지를 기본적으로 기억할 필요가 있습니다. 구성요소 간 관계를 함께 확인해야 합니다: 특정 Pod의 성능 이상도 Node의 리소스 부족이나 스케줄링, Service 또는 네트워크 문제와 연결될 수 있습니다. 따라서 Cluster → Node → Workload → Pod → Service 등 구성요소 간 관계를 함께 확인해야 합니다. 상태 변화의 시점과 반복성을 살펴봐야 합니다: Pod 생성·종료, Replica 증감, 워크로드 이동이 빈번하기 때문에 단순한 상태 변화보다 언제 발생했는지, 반복되는지, 특정 Node나 Namespace에 집중되는지를 확인하는 것이 중요합니다. 메트릭·이벤트·로그를 함께 분석해야 합니다: CPU, Memory, Network와 같은 메트릭만으로는 장애 원인을 파악하기 어렵습니다. 메트릭으로 이상을 발견하고 이벤트와 로그를 연계해 원인을 좁혀가는 방식이 효과적입니다. 결국 Kubernetes 모니터링의 핵심은 많은 데이터를 수집하는 것이 아니라, 수집된 데이터를 관계와 변화의 맥락 안에서 해석하는 것이라고 할 수 있습니다. (관련 글 자세히 보기 | 쿠버네티스(K8s) 모니터링 시 꼭 기억해야 할 3가지) 이러한 모니터링 원칙은 여러 클러스터와 서로 다른 인프라가 함께 운영되는 하이브리드 환경에서 더욱 중요해집니다. 2. 하이브리드 클라우드에서는 쿠버네티스를 어떻게 관리해야 할까? Kubernetes 활용이 확대되면서 하나의 클러스터가 아닌 여러 클러스터를 함께 운영하는 환경도 증가하고 있습니다.특히 온프레미스와 프라이빗 클라우드, 퍼블릭 클라우드를 함께 사용하는 하이브리드 클라우드에서는 클러스터가 여러 환경에 분산되면서 운영 기준과 데이터 역시 함께 분산될 수 있습니다. Kubernetes가 애플리케이션 실행 환경을 표준화한다고 해서 운영까지 자동으로 표준화되는 것은 아닙니다. 하이브리드 환경에서는 다음 세 가지 관점이 중요합니다. 여러 클러스터의 운영 기준을 표준화해야 합니다: Kubernetes 버전과 구성 현황은 물론 Namespace, Label, RBAC, 네트워크 정책, 배포·변경 이력, 모니터링 정책 등을 일관된 기준으로 관리해야 합니다. 흩어진 운영 데이터를 하나의 서비스 흐름으로 봐야 합니다: 장애 원인이 Kubernetes 내부에만 있는 것은 아닙니다. 네트워크, 스토리지, 인증 시스템, 외부 API 등 여러 요소가 서비스에 영향을 줄 수 있으므로 개별 자원보다 전체 서비스 관점에서 데이터를 연결해 확인해야 합니다. 워크로드는 ‘배포 가능성’보다 ‘운영 적합성’을 기준으로 배치해야 합니다: 보안과 규제, 데이터 위치, 성능과 지연시간, 비용, GPU 등 필요한 자원을 고려해 어떤 워크로드를 어느 환경에서 운영하는 것이 적합한지 판단해야 합니다. 결국 하이브리드 Kubernetes 관리의 핵심은 운영 표준화 + 통합 가시성 + 적절한 워크로드 배치입니다. (관련 글 자세히 보기 | 하이브리드 클라우드 환경에서 쿠버네티스를 어떻게 관리해야 할까) 그렇다면 이러한 복잡한 Kubernetes 환경에서 실제 운영자는 어디서부터 상태를 확인해야 할까요? 3. Kubernetes 운영 현황은 어디서부터 확인해야 할까? Kubernetes 환경에서는 수많은 Node와 Pod, Container, Service, 이벤트가 동시에 존재합니다.장애가 발생할 때마다 각각의 자원을 하나씩 확인한다면 전체 상황을 판단하는 데 시간이 오래 걸릴 수밖에 없습니다. 따라서 효율적인 Kubernetes 모니터링을 위해서는 전체 현황 → 이상 징후 → 상세 원인 순으로 분석 범위를 좁혀가는 방식이 효과적입니다. Zenius K8s의 요약 페이지를 예를들어서 살펴보겠습니다. 먼저 클러스터 전체 운영 현황을 확인합니다: Cluster, Node, Pod, Container, Namespace, Service 등 주요 구성 정보를 한 화면에서 확인해 현재 Kubernetes 환경의 규모와 전반적인 상태를 파악합니다. 이벤트와 성능 정보를 이용해 점검 대상을 좁힙니다: 주요 이벤트와 CPU·Memory 등 성능 정보를 확인해 여러 자원 가운데 우선적으로 살펴봐야 할 대상을 식별합니다. 이상 자원의 상세 화면으로 이동해 원인을 분석합니다: 이상 징후가 확인되면 관련 Cluster, Node, Pod, Container, Service 등의 상세 정보와 이벤트를 확인하며 원인을 단계적으로 좁혀갑니다. 즉, 처음부터 모든 Kubernetes 자원을 자세히 확인하기보다 전체 상태를 먼저 파악하고 이상이 있는 영역을 찾아 상세 분석으로 이동하는 방식이 운영 효율을 높이는 데 도움이 됩니다. Zenius K8s 요약 페이지는 이러한 흐름에 따라 전체 Kubernetes 운영 현황을 파악하고 상세 분석으로 진입하는 관제의 시작점으로 활용할 수 있습니다. (관련 글 자세히 보기 | Zenius K8s 요약 페이지로 쿠버네티스 운영 현황을 빠르게 분석하는 방법) 하지만 전체 현황에서 이상 징후를 발견했다면 여기서 끝나는 것은 아닙니다. 실제 장애의 원인을 파악하기 위해서는 해당 Node와 그 위에서 실행되는 워크로드를 보다 자세히 확인해야 합니다. 4. 워커노드와 워크로드는 어떻게 상세하게 관리해야 할까? Kubernetes 운영 과정에서는 현재 상태만큼 무엇이 바뀌었는지를 확인하는 것도 중요합니다. 특히 “어제까지 정상적으로 동작했는데 갑자기 서비스에 문제가 발생했다”면 Pod 상태뿐 아니라 Deployment, DaemonSet과 설정 변경 이력 등을 함께 살펴볼 필요가 있습니다. Zenius K8s를 활용할 경우 다음과 같은 방식으로 확인할 수 있습니다. Pod의 상태와 Restart 횟수를 확인합니다: Running 여부뿐 아니라 Ready 상태, CPU·Memory 사용량, Restart 횟수 등을 함께 확인합니다. 특히 Pod가 실행 중이더라도 Restart가 반복된다면 내부 오류나 리소스 부족 등의 원인을 추가로 점검해야 합니다. Deployment와 DaemonSet의 상태를 확인합니다: Deployment의 Replica와 Condition, 연결된 Pod 상태와 함께 DaemonSet이 각 Node에 정상적으로 배포되고 있는지 확인합니다. 여기에 성능 지표와 Kubernetes 이벤트를 함께 보면 문제 범위를 보다 빠르게 좁힐 수 있습니다. 설정 변경 이력을 비교합니다: 과거와 현재의 YAML 데이터를 비교해 이미지 태그, 환경 변수, 리소스 설정 등 장애 발생 전후 달라진 부분을 확인하면 현재 상태뿐 아니라 장애의 원인이 된 변화까지 추적할 수 있습니다. Zenius K8s는 이러한 정보를 GUI 기반으로 제공해 CLI를 통해 여러 정보를 개별적으로 조회해야 하는 부담을 줄이고, Kubernetes 운영 상태와 변화 이력을 보다 일관된 방식으로 확인할 수 있도록 지원합니다. (관련 글 자세히 보기 | 쿠버네티스 워커노드, Zenius K8s로 효과적으로 관리하는 법) Kubernetes 환경이 복잡해질수록 중요한 것은 더 많은 데이터를 수집하는 것이 아니라, 필요한 정보를 연결해 현재 상태와 장애 원인을 빠르게 파악하는 것입니다. 이를 위해서는 전체 운영 현황에서 이상 징후를 찾고, 관련 Cluster·Node·Pod·Service의 관계를 따라가며 메트릭과 이벤트, 로그, 설정 변경 이력을 함께 확인할 수 있어야 합니다. 특히 멀티 클러스터와 하이브리드 클라우드, AI·GPU 워크로드까지 운영 범위가 넓어질수록 이러한 통합적인 모니터링 방식은 더욱 중요해집니다. Zenius K8s 역시 이러한 흐름에 맞춰 Kubernetes의 주요 구성요소와 운영 정보를 통합적으로 제공하고, 전체 현황 확인에서 이상 징후 파악, 개별 자원의 상세 분석까지 자연스럽게 이어질 수 있도록 지원하고 있습니다. 결국 Kubernetes 모니터링의 핵심은 개별 자원의 상태를 확인하는 데 그치지 않고, 구성요소 간 관계와 변화 흐름을 함께 살펴 장애 원인을 빠르게 좁혀가는 것이라고 할 수 있습니다.
2026.09.22
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