Nowadays, people carry mobile devices such as smartphones and tablets everywhere, and they interact with the devices repeatedly and briefly throughout the day. This unique usage pattern has motivated modern mobile systems to maintain a number of apps in memory and to automatically terminate these apps later. This approach improves user experience by accelerating the response of devices.
However, the distinctive app life cycle makes traditional page-level memory optimization schemes operate improperly in mobile devices, thereby increasing overheads and reducing their benefits. In addition, there are new optimization opportunities enabled by considering the apps in mobile devices.
This dissertation focuses on the memory management in mobile devices and discusses three memory management schemes optimized by considering the apps. First, SmartLMK optimizes the victim app selection for the process-level memory reclamation to improve overall user experience. Second, Application-aware Swapping attempts to properly harness the swapping in mobile devices by considering apps so that the page-level approach can complement the process-level memory reclamation. Lastly, Region-based Memory Allocator prevents physical memory fragmentation by localizing page allocation for apps, thereby improving I/O buffer management for hardware accelerators in mobile devices.
The proposed schemes are implemented on Android-based mobile devices, and evaluated using benchmarks with realistic usage workloads. Evaluation results confirm that the proposed schemes improve the efficiency of the memory management, thereby enhancing the user experience, system performance, and energy efficiency.
지난 십 년 동안 극적인 컴퓨팅 환경의 변화를 거치며 바야흐로 스마트폰이나 태블릿 등의 모바일 장치가 널리 사용되는 포스트 피씨 시대가 도래하였다. 이들 모바일 장치는 사용자가 언제 어디든 가지고 다니며 사용할 수 있어 전통적인 컴퓨팅 장치와는 상이한 사용 패턴을 보이며 사용자 경험 측면에서의 성능이 가장 중요하다. 이에 근래의 모바일 시스템들은 공통적으로 어느 정도 수의 응용 혹은 앱을 메모리에 보관하는 데 기반하여 설계된 앱 수명 주기를 바탕으로, 사용이 완료된 앱들을 일단 메모리에 보관하여 앱 재사용을 빠르게 하고, 필요시 자동으로 앱을 종료하며 프로세스 단위의 큰 단위로 메모리를 회수한다. 하지만, 기존과는 다른 앱 수명 주기와 이에 특화된 프로세스 수준의 메모리 회수 정책으로 인해 기존의 페이지에 기반한 메모리 최적화 기법들은 모바일 환경에서 예기치 못하거나 효과적이지 못한 동작을 보이며, 또한 앱을 고려한 새롭고 다양한 최적화 기회가 있음에도 불구하고 이를 충분히 활용하지 못하고 있는 실정이다.
본 학위 논문은 모바일 장치 고유의 앱과 그들의 수명 주기를 고려하여 메모리를 효과적으로 관리하는 세 가지 기법을 다룬다. 우선 "스마트엘엠케이"를 통해 프로세스 수준 메모리 회수를 위한 대상 앱 선정을 사용자 경험 측면에서 최적화 하고자 하였다. 이를 위해 앱이 사용자 경험에 미치는 영향과 앱의 메모리 사용에 대한 통계적 모델을 제시하고, 회수 대상 앱 선정을 0/1 배낭 문제로 변환하여 최적화 하였다. 이어서, 앱을 고려하여 스왑핑 여부를 제어하는 "효율 기반 선택적 스왑핑"과 회수 페이지 선택시 소유 앱을 고려한 "수명을 고려한 회수 페이지 선정 기법"를 통해 모바일 장치에 스왑핑을 적용할 때 발생하는 저장장치 입출력의 양적 및 질적인 문제를 해결하고자 하였다. 마지막으로, 앱 별로 메모리 할당을 지역화하여 메모리 단편화를 방지하는 "지역 기반 메모리 할당자"를 통해 모바일 장치 내 하드웨어 가속기의 입출력 버퍼 할당을 최적화하였다.
제시한 기법들은 안드로이드 기반 모바일 장치에 구현되었으며, 실제 사용자의 모바일 장치 사용 기록을 바탕으로 동작하는 벤치마크를 활용하여 그 효용을 평가하였다. 이틀 통해 제시한 기법들이 모바일 장치에서 메모리 관리 효율을 향상시키고, 나아가 사용자 경험, 시스템 성능, 에너지 효율 등의 다양한 측면에서도 실질적인 개선을 이룸을 입증하였다.
