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6. IOT, 클러스터 테이블 활용




IOT란?

  • Random 액세스가 발생하지 않도록 테이블을 아예 인덱스 구조로 생성되어 있는 Table이 바로 IOT(Index-Organized Table)'라고 부른다.
  • 테이블을 찾아가기 위한 rowid를 갖는 일반 인덱스와는 달리 IOT는 모든 행 데이터를 리프블록에 저장하고 있다.
  • IOT는 "인덱스 리프 블록이 곧 데이터 블록"인 셈이다.
  • 테이블을 인덱스 구조로 만드는 구문은 아래와 같다.
SQL> create table index_org_t (a number primary key, b varchar(10));
* 일반적으로 사용하는 테이블을 '힙 구조 테이블'이라고 부르며, 테이블 생성 시 대개 생략하지만 organization 옵션을 명시할 수도 있다.

SQL> create table heap_org_t (a number primary key, b varchar(10));
  • 일반적인 힙 구조 케이블로의 데이터 삽입은 Random 방식으로 이루어 진다. Freelist로부터 할당 받은 블록에 정해진 순서 없이 값을 입력한다.
  • IOT는 인덱스 구조 테이블이므로 정렬 상태를 유지 하며 데이터를 삽입한다.
  • IOT는 SQL서버나 Sybase에서 말하는 '클러스터형 인덱스(Clustered index)'와 비슷한 개념이다. 다만 오라클 IOT는 PK 컬럼 순으로만 정렬할 수 있다는 점이 다르다.

IOT의 장점과 단점

  • 장점
    • 같은 값을 가진 레코드들이 100% 정렬된 상태로 모여 있기 때문에 Random 액세스가 아닌 Sequential 방식으로 데이터를 액세스 할 수 있고, 이 때문에 넓은 범위를 액세스 할 때 유리하다.
    • PK 컬럼 기준으로 데이터가 모여 있더라도 선행 컬럼이 '=' 조건이 아니면 조회 대상 레코드들이 서로 흩어져 많은 스캔을 유발하지만, 적어도 테이블 Random 액세스는 발생하지 않아 빠른 성능을 낼 수 있다.
    • PK 인덱스를 위한 별도의 세그먼트를 생성하지 않아도 돼 저장공간을 절약하는 부수적인 이점도 있다.
  • 단점
    • 데이터 입력 시 성능이 느리다
    • 인덱스 분할(Split) 발생량의 차이로 일반 힙 구조 테이블과 성능 차이가 클 수 있다. IOT는 인덱스 구조이므로 중간에 꽉 찬 블록에 새로운 값을 입력할 일이 종종 생기고 그럴 때 인덱스 분할(Split)이 발생한다. 그런데 IOT가 PK 이외에 많은 컬럼을 갖는다면 리프 블록에 저장해야 할 데이터량이 늘어나 그만큼 인덱스 분할 발생빈도도 높아 진다. 컬럼 수가 많은 테이블이라면 인덱스 스캔 효율 때문이라도 IOT 대상으로 부적합하다.
    • IOT에 Direct Path Insert가 작동하지 않는다.

IOT, 언제 사용할 것인가?

  • Iot는 아래와 같은 상황에서 유용하다.

크기가 작고 NL 조인으로 반복 Lookup 하는 테이블

  • 코드성 테이블이 여기에 속함.
  • NL 조인에서 Inner 쪽 Lookup 테이블로서 액세스되는 동안 건건이 인덱스와 테이블 블록을 다 읽는 다면 비효율적이므로 IOT로 구성하면 테이블은 반복 액세스하지 않아도 된다.
  • IOT 구성 시 PK이외 속성의 크기 때문에 인덱스 높이가 증가한다면 역효과가 날 수 있으므로 이를 반드시 확인해야 한다.

폭이 좁고 긴(=로우 수가 많은)테이블

  • 두 테이블 간 M:M 관게를 해소하기 위한 Association(=Intersection) 테이블이 주로 여기에 속한다.

  • 컨텐츠 방문 테이블은 PK(고객 ID, 컨텐츠 ID, 방문일시)이외 컬럼이 전혀 없거나 있더라도 아주 소수에 불과 하다. PK 인덱스는 어차피 생성해야 하므로 테이블과 거의 중복된 데이터를 갖게 된다. 그럴 때 IOT로 구성해 주면 중복을 피할 수 있다.

넓은 범위를 주로 검색하는 테이블

  • 주로 Between, Like 같은 조건으로 넓은 범위를 검색하는 테이블이라면, IOT 구성을 고려할 만 하다.
  • PK 이외 컬럼이 별로 없는 통계성 테이블에는 최적의 솔루션이라고 할 수 있다.
  • 통게성 테이블은 주로 넓은 범위 조건을 검색하는데다, 일반적으로 컬럼은 많으면서 일반(Non-Key) 속성은 몇 개 되질 않는다.
  • 정렬 순서는 검색 시 항상 사용되는 일자 컬럼은 대부분 between 조건이므로 선두 컬럼으로 부적합한다. '=' 족건으로 항상 사용되는 컬럼 한 두개를 찾아 선두에 두고 바로 이어서 일자 컬럼이 오도록 IOT를 구성하는 것이 효과적이다.
비트맵 인덱스에 대한 오해

성별처럼 Distinct value 개수가 적은 컬럼으로 조회할 때 비트맵 인덱스를 사용하면 빠르다고 생각 하는 사람들이 많다. 즉, 넓은 범위를 조회할 때 B*Tree 인덱스보다 성능을 크게 향상시켜 준다는 얘긴데 과연 그럴까?
비트맵 인덱스의 저장 효율이 좋은 것은 사실이지만 조회 성능이 그다지 좋지는 않다. 테이블 Random 액세스 발생 측면에서는 B*Tree 인덱스와 똑같기 때문이며, 스캔할 인덱스 블록이 줄어드는 정도의 이점만 생긴다.
하나의 비트맵 인덱스 단독으로는 쓰임새가 별로 없다. 비트맵 인덱스가 가진 여러가지 특징(특히, 용량이 작고 여러 인덱스를 동시에 사용할 수 있다는 특징) 때문에 읽기 위주의 대용량 DW환경에 적합한 것일 뿐 대용량 데이터 조회에 유리한 것은 아니다.

데이터 입력과 조회 패턴이 서로 다른 테이블

  • 회사에 100명의 영업사원이 있고, 이 영업 사원들의 일별 실적을 집게 하는 테이블이 있는데, 한 블록에 100개 레코드가 담긴다. 그러면 매일 한 블록씩 1년이면 365개 블록이 생긴다. 이처럼 실적 등록은 일자별로 진행되지만 실적조회는 주로 사원별로 이루어진다.
상이다.
select substr(일자, 1, 6) 월도, sum(판매금액) 총판매금액, avg(판매금액) 평균판매금액
from   영업실적
where  사번 = 's1234'
and    일자 between '20090101' and '20091231'
group by substr(일자, 1, 6)
  • 이럴경우 인덱스를 경유해 사원마다 365개 테이블 블록을 읽어야 한다. 클러스터링 팩터가 매우 안 좋기 때문이며, 입력과 조회 패턴이 서로 달라서 생기는 현상이다. 이럴 경우 아래와 같이 사번이 첫 번째 정렬 기준이 되도록 IOT를 구성해 주면, 한 블록만 읽고 처리 할 수 있다.
Create table 영업실적(사번 varchar2(5), 일자 varchar2(8), ...
Constraint 영업실적_PK primary key (사번, 일자) ) organization index;

Partitioned IOT

  • 수억건에 이르는 일별 상품별게좌별거래 테이블이 있다.
  • 아래 쿼리 처럼 넓은 범위의 거래 일자를 기준으로 특정 상품을 조회하는 쿼리가 가장 자주 수행한다.
select 거래일자,지점번호,계좌번호,sum(거래량),sum(거래금액)
from   일별상품별계좌별거래
where  상품번호 = 'P7006050009'
and    거래일자 between '20080101' and '20080630'
group by 거래일자, 지점번호, 계좌번호
  • 상품별 거래건수가 워낙 많아 위의 쿼리1에 인덱스를 사용하면 Random 액세스 부하가 심하게 발생한다.
  • 거래일자 기준으로 월별 Range 파티셔닝돼 있다면 인덱스를 이용하기 보다 필요한 파티션만 Full Scan하는 편이 오히려 빠르겠지만 다른 종목의 거래 데이터까지 모두 읽는 비효율이 생긴다.
  • [상품번호 + 거래일자] 순으로 정렬되도록 IOT를 구성하면 읽기 성능이야 획기적으로 개선되겠지만, 수억 건에 이르는 테이블을 단일 IOT로 구성하는 것은 관리상 부담스럽다.단일 IOT를 구성하면 다음 쿼리는 수억 건에 이르는 데이터를 Full Scan해야만 한다.
select 거래일자,지점번호,계좌번호,sum(거래량),sum(거래금액)
from   일별상품별계좌별거래
where  거래일자 between '20080101' and '20080630'
group by 거래일자, 지점번호, 계좌번호
  • 거래일자 기준 Range 파티셔닝
  • [상품번호 + 거래일자] 순으로 PK를 정의하고, IOT 구성

Overflow 영역

  • PK 이외 컬럼이 많은 테이블일수록 IOT로 구성하기에 부적합하다. 인덱스 분할에 의한 DML 부하는 물론, 검색을 위한 스캔량도 늘어나기 때문이다.
  • OVERFLOW TABLESPACE : Overflow 세그먼트가 저장될 테이블 스페이스를 지정한다. (* SYS_IOT_38645 등의 이름을 가진 세그먼트가 자동으로 생성됨)
  • PCTTHRESHOLD : DEFAULT 값은 50이다. 예를 들어 이 값이 30이면, 블록 크기의 30%를 초과하기 직전 컬럼까지만 인덱스 블록에 저장하고 그 뒤쪽 컬럼은 모두 Overflow세그먼트에 저장한다. 물론 로우 전체 크기가 지정된 비율 크기보다 작다면 모두 인덱스 블록에 저장한다. 테이블을 생성하는 시점에 모든 컬럼의 데이터 타입 Max 길이를 합산한 크기가 이 비율 크기보다 작다면 Overflow 세그먼트는 불필요하지만 만약 초과한다면 오라클은 Overflow Tablespace 옵션을 반드시 지정하도록 강제하는 에러를 던진다.
  • INCLUDING : Including에 지정한 컬럼까지만 인덱스 블록에 저장하고 나머지는 무조건 Overflow 세그먼트에 저장한다.
  • Overflow 영역을 읽을 때도 건건이 Random 액세스가 발생한다는 사실이다. 따라서 Overflow 세그먼트에 저장된 컬럼 중 일부를 자주 액세스해야 하는 상황이 발생한다면 IOT 액세스 효율은 급격히 저하된다.
  • Overflow 영역에서도 버퍼 Pinning 효과가 나타나기 때문에 연속적으로 같은 Overflow 블록을 읽을 때는 Random 블록 I/O 를 최소화 할 수 있다.

Secondary 인덱스

  • IOT는 secondary 인덱스 추가 가능성이 크지 않을 때만 선택하는 것이 바람직 하다.

MS-SQL 서버의 비클러스터형 인덱스 진화 과정

  • SQL 서버에서 IOT처럼 인덱스 구조로 생성한 테이블을 '클러스터형 인덱스(Clustered Index)'라 부르고, 여기에 추가로 생성한 2차 인덱스들은 '비클러스터형 인덱스(Non-Clustered index)'라고 부른다.

  • SQL Server 6.5 이전에는 좌측처럼 비클러스터형 인덱스가 클러스터형 인덱스 레코드를 직접 가리키는 rowid를 갖도록 하였다.
  • 인덱스 분할에 의해 클러스터형 인덱스 레코드 위치가 변경될 때마다 비클러스터형 인덱스(한 개 이상일 수 있음) 가 갖는 rowid 정보를 모두 갱신해 주어야 한다.
  • DML 부하가 심하다고 느낀 MS는 SQL Server 7.0 부터 비클러스터형 인덱스가 rowed 대신 클러스터형 인덱스의 키 값을 갖도록 구조를 변경하였다.
  • 이제 키 값을 갱신하지 않는 한, 인덱스 분할 때문에 비클러스터형 인덱스를 갱신할 필요가 없어진 것이다.
  • DML 부하가 줄어든 대신, 비클러스터형 인덱스를 이용할 대 이전보다 더 많은 I/O가 발생하는 부작용을 떠안게 되었다. 우측 그림처럼 비클러스터형 인덱스에서 읽히는 레코드마다 건건이 클러스터형 인덱스 수직탐색을 반복하기 때문이다. 당연히 클러스터형 인덱스 높이가 증가할수록 블록 I/O도 증가한다.

오라클 Logical rowid

  • IOT레코드의 위치는 영구적이지 않기 때문에 오라클은 secondary 인덱스로부터 IOT 레코드를 가리킬 때 물리적 주소 대신 logical rowid를 사용한다. Logical rowid는 PK와 physical guess로 구성된다.

Logical Rowid = PK + Physical Guess

  • Physical Guess는 secondary 인덱스를 "최초 생성하거나 재생성(Rebuild)한 시점"에 IOT레코드가 위치했던 데이터 블록 주소(DBA)이다. 인덱스 분할에 의해 IOT 레코드가 다른 블록으로 이동하더라도 secondary 인덱스에 저장된 physical guess값은 갱신되지 않는다.
  • SQL 서버 6.5에서 발생한 것과 같은 DML 부하를 없애기 위함이고, 레코드 이동이 발생하면 정확한 값이 아닐 수 있기 대문에 'guess'란 표현을 사용한 것이다.
  • 이처럼 두 가지 정보를 다 가짐으로써 오라클은 상황에 따라 다른 방식으로 IOT를 액세스할 수 있게 하였고, 경우에 따라서는 두 가지 방식을 다 사용할 때도 있다.
  • ①은 physical guess를 통해 IOT 레코드를 직접 액세스하는 것을 표현한 것이고, ②는 PK를 통해 IOT를 탐색하는 것을 표현한 것이다.

PCT_DIRECT_ACCESS

  • DBA_ALL_USER_INDEXES 테이블을 조회하면 PCT_DIRECT_ACCESS 값을 확인 할 수 있다. 이는 secondary 인덱스가 유효한 physical guess를 가진 비율(Direct 액세스 성공 비율)을 나타내는 지표로서, secondary 인덱스 탐색 효율을 결정짓는 매우 중요한 값이다.
  • 통계정보 수집을 통해 얻어지는 이 값이 100%미만이면 오라클은 바로 PK를 이용해 IOT를 탐색한다, 100%일 때만 physical guess를 이용하는데 레코드를 찾아갔을 대 해당 레코드가 다른 곳으로 이동하고 없으면(PK 값 비교를 통해 이동 여부를 알 수 있음) PK로 다시 IOT를 탐색한다.
  • 인덱스를 최초생성하거나 재생성(REBUILD)하고 나면(통게정보를 따로 수집해 주지 않더라도) pct_direct_access 값은 100이다. 이때는 physical guess로 바로 액세스하고, 성공률도 100%이므로 비효율이 없다.
  • 문제는 휘발성이 강한(-> 레코드 위치가 자주 변하는) IOT의 경우 시간이 지나면서 physical guess에 의한 액세스 실패 확률이 높아져 성능이 점점 저하된다.
  • 이럴 경우, 통계 정보를 다시 수집해 pct_direct_access가 실제 physical guess 성공률(100미만)을 반영하도록 해 주어야 한다. 이 이후로부터 오라클은 physical guess를 거치지 않고 곧바로 PK로 IOT를 탐색할 것이다.
  • 아래 처럼 인덱스를 Rebuild하거나 update block references 옵션을 이용해 physical guess를 주기적으로 갱신해 준다면 가장 효과적이다.
Alter index iot_second_idx REBUILD;
Alter index iot_second_idx UPDATE BLOCK REFERENCES;
  • Secondary 인덱스 physical guess를 갱신하더라도 통계정보를 재수집한 이후부터 Direct 액세스로 전환된다. 인덱스 분할이 발생하더라도 통계정보를 재수집한 이후부터 PK를 이용하는 것과 마찬가지이다.
  • Direct 액세스 성공 확률이 비교적 높은 상태에서 통계정보만 재수집하는 바람에 PK액세스로 전환하는 일이 생겨도 문제다. 통계 정보를 수집하는 순간 pct_direct_access가 100미만으로 떨어지기 때문이다.
create table t1(
    c1 number not null
  , c2 number
  , c3 number
  , c4 number
  , constraint  t1_pk primary key (c1) )
organization index ;               -- IOT 생성

create index t1_x1 on t1 (c2) ;    -- Secondary 인덱스 생성
  • IOT를 만들고 secondary 인덱스까지 만들었다. Secondary인덱스를 처음 생성하고 나면 통계 정보 수집여부와 상관없이 pct_direct_access 통게치는 100이라고 했다. 이제 이 테이블에 1,000ro 레코드를 입력해 보자.
SQL> insert into t1
  2  select rownum, rownum, rownum, rownum
  3  from all_objects
  4  where  rownum <= 1000;

1000 개의 행이 만들어졌습니다.

SQL> commit;

커밋이 완료되었습니다.

SQL> select index_name, PCT_DIRECT_ACCESS
  2  from user_indexes
  3  where index_name = 'T1_X1';

INDEX_NAME                     PCT_DIRECT_ACCESS
------------------------------ -----------------
T1_X1                                        100
  • 레코드를 입력했지만 pct_direct_access 값은 여전히 100이다. 이 상태에서 t1_x1 인덱스를 이용해 테이블을 액세스하면 physical guess가 활용될 것이다.
  • 통게정보를 수집하고 pct_direct_access값을 다시 확인해 보자.
SQL> exec dbms_stats.gather_index_stats(user, 't1_x1');

PL/SQL 처리가 정상적으로 완료되었습니다.

SQL> select index_name, PCT_DIRECT_ACCESS
  2  from user_indexes
  3  where index_name = 'T1_X1';

INDEX_NAME                     PCT_DIRECT_ACCESS
------------------------------ -----------------
T1_X1                                         64
  • 64로 바뀌었도, 인덱스 분할에 의해 36% 정도 레코드가 다른 블록으로 이동했음을 의미한다. 만약 통계정보 수집 직전(pct_direct_access=100)에 t1_x1 인덱스를 이용해 테이블을 액세스해 보면 36% 정도는 Direct 액세스에 실패해 PK로 다시 IOT를 탐색했을 것이다.
  • 지금부터는 pct_direct_access가 100미만으로 떨어졌기 때문에 physical guess활용 없이 PK로 IOT를 탐색해야 한다.
  • 다시, physical guess를 정확한 값으로 갱신해 보자.
SQL> alter index t1_x1 UPDATE BLOCK REFERENCES;

인덱스가 변경되었습니다.

SQL> select index_name, PCT_DIRECT_ACCESS
  2  from user_indexes
  3  where index_name = 'T1_X1';

INDEX_NAME                     PCT_DIRECT_ACCESS
------------------------------ -----------------
T1_X1                                         64
  • Physical guess를 갱신했지만 통계 정보 상으로 pct_direct_access는 여전히 64%이다. 이상태에서 실제 Direct 액세스 성공률은 100% 이겠지만 여전히 physical guess는 활용되지 않는다.
SQL> exec dbms_stats.gather_index_stats(user, 't1_x1');

PL/SQL 처리가 정상적으로 완료되었습니다.

SQL> select index_name, blevel, PCT_DIRECT_ACCESS
  2  from user_indexes
  3  where index_name = 'T1_X1';

INDEX_NAME                         BLEVEL PCT_DIRECT_ACCESS
------------------------------ ---------- -----------------
T1_X1                                   1               100
PCT_DIRECT_ACCESS에 대한 오해

인덱스 통게상 PCT_DIRECT_ACCESS값이 일정 비율 이하로 떨어지면, physical guess로 탐색했다가 PK로 다시 IOT를 스캔하는 비율이 높아져 성능이 떨어진다고 설명한 글이 있는데, 이 값이 100% 미만이면 오라클은 PK를 이용해 바로 IOT를 탐색한다. 오히려 휘발성 IOT에서 이 값이 100%를 가리킬 때가 더 문제 일 수 있다.

비휘발성 IOT에 대한 Secondary 인덱스 튜닝 방안

  • 비휘발성(읽기전용이거나 맨 우측 블록에만 값이 입력되어 IOT 레코드 위치가 거의 변하지 않는) 테이블 이라면 Direct 액세스 성공률이 높을 것이다. 따라서 pct_direct_access 값이 100을 가리키도록 유지하는 것이 효과적인 튜닝 방안이다.
  • 데이터가 쌓이는 양에 따라 한 달에 한 번 또는 일년에 한 번 정도만 physical guess를 갱신해 주면 된다.
  • 읽기 전용 테이블이면 pct_direct_access값이 100을 가리키도록 한 상태에서 더 이상 통계정보를 수집하지 않으면 되겠지만, 맨 우측에 지속적으로 값이 입력되는 경우라면 통계정보 수집이 필수적이다. 그럴 때에는 통계정보 수집 직후에 아래 프로시저를 이용해 값을 직접 설정해 주면 된다.
exec dbms_stats.set_index_stats (user, 't1_x1', guessq => 100);

휘발성 IOT에 대한 Secondary 인덱스 튜닝 방안

  • 휘발성이 강한(IOT 레코드 위치가 자주 변하는) IOT에 secondary 인덱스를 추가할 때는 각별한 주의가 필요하고, 처음 IOT를 설계할 때부터 이에 대한 고려가 있어야 한다.
  • 휘발성이어서 physical guess에 의한 Direct 액세스 성공률이 낮다면 두가지 선택을 할 수 있다.
    • 첫 번째는, 주기적으로 physical guess를 정확한 값으로 갱신해 주는 것으로서, 주로 secondary 인덱스 크기가 작을 때 쓸 수 있는 방법이다.
    • 두 번째는, 아예 physical guess가 사용되지 못하도록 pct_direct_guess값을 100 미만으로 떨어뜨리는 것으로서, 인덱스 크기가 커서 주기적으로 physical guess 를 갱신해 줄 수 없을 때 쓸 수 있는 방법이다. 인덱스 분할이 어느 정도 발생한 상태에서 통계정보를 수집해 주면 된다.
  • 두 번째 방법을 쓰면 일반 테이블을 인덱스 rowid로 액세스할 대보다 느려지겠지만 선택도가 매우 낮은 secondary 인덱스 위주로 구성해 주면 큰 비효율은 없다.
  • [상품번호 + 거래일자 + 고객번호]가 PK인 주문 테이블을 IOT로 구성한다고 하자. [상품번호 =, 거래일자 between]조건으로 조회할 때는 넓은 범위의 주문 데이터를 액세스할 가능성이 높으므로 IOT를 통해 큰 성능 개선을 이룰 수 있다.
  • [고개번호 =, 거래일자 between] 조건에 대해서는 [고객번호 + 거래일자] 순으로 secondary 인덱스를 구성하면 되고 고객별 주문량이 대개 소수이므로 액세스 과정에 발생하는 비효율은 미미할 것이다.

Right-Growing IOT에서 pct_direct_access가 100미만으로 떨어지는 이유

T1 테이블에 값을 1부터 1,000까지 차례로 입력했기 때문에 기존 레코드 위치가 바뀔 이유가 없다. 그런데 왜 secondary 인덱스의 pct_direct_access 값이 64로 떨어졌는가?

  • 맨 우측 블록에만 값이 입력되는 Right-Growing IOT라면 인덱스 분할이 발생하더라도 기존 레코드의 주소 값이 바뀔 이유가 없는 것이 사실이다.
  • 새로운 인덱스 블록을 맨 우측에 추가해 거기에 값을 입력하기 때문이다.
  • 이를 가리키는 secondary 인덱스의 physical guess 정확도가 떨어 지는 이유는 인덱스높이가 2단계로 증가하면서 생기는 현생 때문이다.

  • 최초 IOT 인덱스 블록이 단 하나인 상태에서 블록이 꽉 차면 기존 100번 블록을 그대로 둔 채 101번 리프 블록과 102번 루트 블록이 새로 생길 것이다. 하지만 실제로는 아래와 같이 처리된다.

  • 100번 블록 레코드를 새로 할당한 101번 블록에 모두 복제하고 100번 블록은 루트 레벨로 올라 간다. 그리고 나서 새로 추가되는 값들은 102번 리프 블록에 입력된다. 이 때문에 100번 블록을 가리키던 secondary 인덱스 physical guess가 모두 부정확해진 것이다.
  • 이후 102번 블록 우측에 리프 블록이 계속 추가될 때는 IOT 레코드 이동이 발생하지 않는다.
  • 물론 값이 중간으로 들어와 101번 또는 102번 블록이 50:50으로 분할될 때는 레코드 이동이 발생한다.
  • 시간이 흘러 인덱스 레벨이 한 단게 더 올라가는 순간, 아까처럼 100번 블록이 통째로 다른 블록으로 복제된다.

  • 인덱스 루트블럭은 인덱스를 탐색할 때 항상(Index Fast Full Scan만 제외하고) 시작점으로 사용되기 때문이다.
  • Table Full Scan 시에는 매번 테이블 세그먼트 헤더로부터 익스텐트 정보를 얻고 스캔을 시작하지만 인덱스 스캔 시에는 실행계획에 담고 있는 루트 블록 주소로 곧바로 찾아간다. 따라서 루트 블록 주소가 바뀌면 해당 인덱스를 참조하는 많은 실행 계획이 영향을 받게 돼 시스템에 엄청난 파급 효과를 일으킬 것이다. (물론 실행게획이 만들어지는 하드파싱 시점에는 세그먼트 헤더를 읽어 루트 블록 주소값을 일어내지만 실행될 때마다 세그먼트 헤더를 조회하지는 않는다.)

IOT_REDUNDANT_PKEY_ELIM

  • Secondary 인덱스에는 physical guess와 함께 PK 컬럼 값을 저장하므로 만약 PK 컬럼 개수가 많은 IOT라면 데이터 중복 때문에 저장공간을 낭비하고 스캔 과정에도 많은 비효율을 안게 된다.
  • Secondary 인덱스가 여러 개면 문제가 더 심각해 진다.
SQL> create table emp_iot
  2  ( empno, ename, job, mgr, hiredate, sal, comm, deptno
  3  , constraint pk_emp_iot primary key ( empno ) )
  4  organization index
  5  as
  6  select * from scott.emp;

테이블이 생성되었습니다.

SQL> create index iot_secondary_index on emp_iot( ename );

인덱스가 생성되었습니다.

SQL> set autotrace traceonly explain;
SQL> select /*+ index(emp_iot iot_secondary_index) */ * from emp_iot where ename
 = 'SMITH';

Execution Plan
----------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation         | Name                | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)|
------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT  |                     |     1 |    87 |     8   (0)|
|*  1 |  INDEX UNIQUE SCAN| PK_EMP_IOT          |     1 |    87 |     8   (0)|
|*  2 |   INDEX RANGE SCAN| IOT_SECONDARY_INDEX |     1 |       |     1   (0)|
------------------------------------------------------------------------------
  • Secondary 인덱스 컬럼이 ename 조건으로 모든 컬럼을 조회하니깐 secondary 인덱스와 IO를 모두 액세스 했다.
SQL> select /*+ index(emp_iot iot_secondary_index) */ empno from emp_iot where
name = 'SMITH';

Execution Plan
----------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation        | Name                | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)|
-----------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT |                     |     1 |    20 |     1   (0)|
|*  1 |  INDEX RANGE SCAN| IOT_SECONDARY_INDEX |     1 |    20 |     1   (0)|
-----------------------------------------------------------------------------

Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------

   1 - access("ENAME"='SMITH')

Note
-----
   - 'PLAN_TABLE' is old version
  • Secondary 인덱스만 읽고 처리를 완료 하였다. (이를 통해 secondary 인덱스에 실제 PK 컬럼이 저장돼 있음도 확인되었다.)

  • 만약 컨텐츠 방문 테이블을 IOT로 구서하고 [컨텐츠 ID + 방문일시]를 키(Key)로 갖는 secondary 인덱스 '컨텐츠방문_X01'을 생성하면 아래와 같이 두 컬럼이 중복 저장될까?

  • 오라클은 secondary 인덱스의 Logical Rowid가 인덱스키와 중복되면, 이를 제거하고 아래와 같이 고객 ID만을 저장한다.

  • DBA_ALL_USER_INDEXES를 조회하면 IOT_REDUNDANT_PKEY_ELIM통계치를 볼 수 있는데, 이 값이 'YES'이면 secondary 인덱스 키와 PK 컬럼 간에 하나 이상 중복 컬럼이 있어 오라클이 이를 제거했음을 의미한다.

인덱스 클러스터 테이블

  • 인덱스 클러스터 테이블은 클러스터 키(여기서는 deptno)값이 같은 레코드가 한 블록에 모이도록 저장하는 구조를 사용한다.
  • 한 블록에 모두 담을 수 없을 때는 새로운 블록을 할당해 클러스터 체인으로 연결한다.

  • 여러 테이블의 레코드가 물리적으로 같이 저장될 수도 있다.
  • 여러 테이블을 서로 조인된 상태로 저장해 두는 것인데, 일반적으로 하나의 데이터 블록이 여러 테이블에 의해 공유 될 수 없다.
  • 인덱스 클러스터 테이블을 구성하는 문장은 아래와 같다.
SQL> create cluster c_deptno# ( deptno number(2) ) index ;
클러스터가 생성되었습니다.
  • 클러스터 테이블에 담기 전에 아래와 같이 클러스터 인덱스를 반드시 정의해야 한다. 왜냐하면, 클러스터 인덱스는 데이터 검색용도로 사용될 뿐만 아니라 데이터가 저장될 위치를 찾을 때도 사용되기 때문이다.
SQL> create index i_deptno# on cluster c_deptno#;
인덱스가 생성되었습니다.
  • 클러스터 인덱스도 일반적인 B*Tree 인덱스 구조를 사용하지만, 해당 키 값을 저장하는 첫 번째 데이터 블록만을 가리킨다는 점에서 다르다.
  • 클러스터 인덱스의 키 값은 항상 Unique(중복 값이 없음)하며, 레코드와 1:M 관계를 갖는다. 일반 테이블에 생성한 인덱스 레코드는 테이블 레코드와 1:1 대응 관계를 갖는다.
  • 클러스터 인덱스를 스캔하면서 값을 찾을 때는 Random 액세스가(클러스터 체인을 스캔하면서 발생하는 Random 액세스는 제외하고) 값 하나당 한 번씩 밖에 발생하지 않는다.
  • 클러스터에 도달해서 Sequential 방식으로 스캔하기 때문에 넓은 범위를 읽더라도 비효율이 없다는 게 핵심 원리이다.
  • 인덱스 클러스터 테이블의 종류
    • 단일 테이블 인덱스 클러스터
    • 다중 테이블 인덱스 클러스터
SQL> create table emp1
  2  cluster c_deptno# (deptno)
  3  as
  4  select * from scott.emp;
테이블이 생성되었습니다.


SQL> create table dept1
  2  cluster c_deptno# (deptno)
  3  as
  4  select * from scott.dept;
테이블이 생성되었습니다.


SQL> select owner, table_name from dba_tables where cluster_name = 'C_DEPTNO#';

OWNER                          TABLE_NAME
------------------------------ ------------------------------
SCOTT                          DEPT1
SCOTT                          EMP1
  • C_deptno# 클러스터에 dept와 emp두 테이블이 같이 담기도록 정의하였다.
SQL> break on deptno skip 1;
SQL> select d.deptno, e.empno, e.ename
  2       , dbms_rowid.rowid_block_number(d.rowid) dept_block_no
  3       , dbms_rowid.rowid_block_number(e.rowid) emp_block_no
  4  from   dept1 d, emp1 e
  5  where  e.deptno = d.deptno
  6  order by d.deptno;

    DEPTNO      EMPNO ENAME      DEPT_BLOCK_NO EMP_BLOCK_NO
---------- ---------- ---------- ------------- ------------
        10       7839 KING                2352         2352
                 7782 CLARK               2352         2352
                 7934 MILLER              2352         2352

        20       7902 FORD                2350         2350
                 7876 ADAMS               2350         2350
                 7788 SCOTT               2350         2350
                 7369 SMITH               2350         2350
                 7566 JONES               2350         2350

        30       7900 JAMES               2351         2351
                 7844 TURNER              2351         2351
                 7698 BLAKE               2351         2351
                 7654 MARTIN              2351         2351
                 7499 ALLEN               2351         2351
                 7521 WARD                2351         2351
  • 위의 결과를 통해 'deptno가 같은 dept, emp 레코드'가 '같은 블록'에 담긴 것을 알 수 있다.

인덱스 클러스터는 넓은 범위를 검색할 때 유리


SQL> create cluster objs_cluster# ( object_type VARCHAR2(19) ) index ;
클러스터가 생성되었습니다.

SQL> create index objs_cluster_idx on cluster objs_cluster#;
인덱스가 생성되었습니다.

SQL> create table objs_cluster   -- 클러스터 테이블
  2  cluster objs_cluster# ( object_type )
  3  as
  4  select * from all_objects
  5  order by dbms_random.value ;
테이블이 생성되었습니다.

SQL> create table objs_regular   -- 일반 테이블
  2  as
  3  select * from objs_cluster
  4  order by dbms_random.value;
테이블이 생성되었습니다.

SQL> create index objs_regular_idx on objs_regular(object_type);
인덱스가 생성되었습니다.

SQL> alter table objs_regular modify object_name null;
테이블이 변경되었습니다.

SQL> alter table objs_cluster modify object_name null; 
테이블이 변경되었습니다.

select /*+ index(t objs_regular_idx) */ count(object_name)
from   objs_regular t
where  object_type = 'TABLE';

Rows     Row Source Operation
-------  ---------------------------------------------------
      0  STATEMENT
      1   SORT AGGREGATE (cr=622 pr=0 pw=0 time=4153 us)
   1632    TABLE ACCESS BY INDEX ROWID OBJS_REGULAR (cr=622 pr=0 pw=0 time=8220 us)
   1632     INDEX RANGE SCAN OBJS_REGULAR_IDX (cr=6 pr=0 pw=0 time=1678 us)(Object ID 53035)
-- B*Tree 인덱스와 Heap Table은 테이블을 1.763번 Random 액세스하는 동안 616(=622-6) 개의 블록 I/O가 발생

select count(object_name)
from   objs_cluster t
where  object_type = 'TABLE';

Rows     Row Source Operation
-------  ---------------------------------------------------
      0  STATEMENT
      1   SORT AGGREGATE (cr=21 pr=0 pw=0 time=943 us)
   1632    TABLE ACCESS CLUSTER OBJS_CLUSTER (cr=21 pr=0 pw=0 time=1664 us)
      1     INDEX UNIQUE SCAN OBJS_CLUSTER_IDX (cr=1 pr=0 pw=0 time=18 us)(Object ID 53031)

--  B*Tree Cluster 인덱스를 통해 클러스터 테이블을 액세스 했더니 Random 액세스는 단 1회만 발생하였고, 클러스터를 스캔하는 동안 20(=21-1)개의 블록 I/O가 발생하였다.
-- 클러스터 인덱스를 '=' 조건으로 액세스할 때는 항상 Unique Scan이 나타난다

클러스터 테이블과 관련한 성능 이슈

  • 클러스터 테이블은 넓은 범위를 검색할 때 유리하다.
  • 하지만 클러스터 테이블이 실무적으로 자주 활용되지 않는 이유는 DML부하 때문이다.
  • 일반적인 Heap Table에 데이터를 입력할 때는 Freelist로 터 할당 받은 공간에 정해진 순서 이 값을 입력한다.
  • IOT는 정렬 상태를 유지하면서 값을 입력한다.
  • 클러스터 테이블은 정해진 블록을 찾아서 값을 입력해야 하기 때문에 DML 성능이 다소 떨어 진다. 특히, 전에 없던 값을 입력할 때는 블록을 새로 받아야 하기 때문에 더 느리다.
  • 클러스터를 구성하지 않는 대신 인덱스를 생성할거면 DML부하는 어차피 비슷하다고 볼 수 있다. 특히 이미 블록이 할당된 클러스터 키 값을 입력할 때는 별차이가 없고, 만약 계속 새로운 값이 입력돼 많이 느려진다면 클러스터 키를 잘 못 선정한 경우 이다. 클러스터 테이블을 구성하면서 기존에 사용하던 인덱스 두세 개를 없앨 수 있다면 DML부하가 오히려 감소 할 수도 있다.
  • 수정이 자주 발생하는 컬럼은 클러스터 키로 선정하지 않는 것이 좋지만, 삭제 작업 때문에 클러스터테이블이 불리할 것은 없다. 다만, 전체 데이터를 지우거나 테이블을 통째로 Drop할 때 성능 문제가 생길 수 있다.
  • 전체 데이터를 지울 때는 Truncate Table 문장을 쓰는 것이 빠른데, 클러스터 테이블에는 이 문장을 쓸 수가 없다. 단일 테이블 클러스터일 때도 마찬가지이다.
  • Drop 하려 할 때도 내부적으로 건건이 delete가 수행된다.
  • 전체 데이터를 빠르게 지우고 싶을 때는 아래와 같이 하는 것이 빠르다. 다중 테이블 클러스터일 때는 클러스터링된 테이블이 모두 삭제 되므로 주의해야 한다.
Truncate cluster objs_cluster#;
Drop cluster objs_cluster# including tables;
  • DML부하 이외의 고려 사항
    • Direct path Loading을 수행할 수 없다.
    • 파티셔닝 기능을 함께 적용할 수 없다.
    • 다중 테이블 클러스터를 Full Scan할 때는 다른 테이블 데이터까지 스캔하기 때문에 불리 하다.

Size 옵션

  • 클러스터 키 하나당 레코드 개수가 많지 않을 때 클러스터마다 한 블록씩 통째로 할당하는 것은 낭비 이므로 하나의 블록에 여러 키 값이 같이 상주할 수 있도록 SIZE옵션을 두었다.
  • SIZE 옵션은 한 블록에 여러 클러스터 키 값이 같이 담기더라도 하나당 가질 수 있는 최소 공간(바이트 단위)를 미리 예약하는 기능이다.
SQL> show parameter block_size;
NAME                                 TYPE        VALUE
------------------------------------ ----------- ------------------------------
db_block_size                        integer     8192

SQL> drop cluster c_deptno# including tables;
클러스터가 삭제되었습니다.

SQL> create cluster emp_cluster# ( empno number(4) ) pctfree 0 size 2000 index ;
클러스터가 생성되었습니다.

SQL> create index emp_cluster_idx on cluster emp_cluster#;
인덱스가 생성되었습니다.

SQL> create table emp1
  2  cluster emp_cluster# ( empno )
  3  as
  4  select * from scott.emp;
테이블이 생성되었습니다.

SQL> select emp.empno, emp.ename, dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) block_no
  2  from   emp1 emp;
     EMPNO ENAME        BLOCK_NO
---------- ---------- ----------
      7902 FORD              628
      7934 MILLER            628
      7369 SMITH             630
      7499 ALLEN             630
      7521 WARD              630
      7566 JONES             630
      7654 MARTIN            631
      7698 BLAKE             631
      7782 CLARK             631
      7788 SCOTT             631
      7839 KING              632
      7844 TURNER            632
      7876 ADAMS             632
      7900 JAMES             632
  • 위의 예처럼 블록 크기가 8KB 일 때 SIZE 옵션으로 2000 바이트를 지정하면 한 블록당 최대 4개 클러스터 키 만을 담을 수 있다.
  • Emp 레코드 하나가 2,000 바이트에 한참 못 미치지만 각 블록당 4개의 empno를 입력하고는 새로운 블록에 담기 시작한다.

SQL> drop table emp1 purge;
테이블이 삭제되었습니다.

SQL> create table emp1
  2  cluster emp_cluster# ( empno )
  3  as
  4  select empno, ename, lpad('*', 970) data   -- 한 로우가 1000 바이트쯤 되도록
  5  from   scott.emp,(select rownum no from dual connect by level <= 10)
  6  where  empno = 7900;
테이블이 생성되었습니다.

SQL> select empno, ename, dbms_rowid.rowid_block_number(rowid) block_no
  2  from   emp1 ;
     EMPNO ENAME        BLOCK_NO
---------- ---------- ----------
      7900 JAMES             630
      7900 JAMES             630
      7900 JAMES             632
      7900 JAMES             632
      7900 JAMES             632
      7900 JAMES             632
      7900 JAMES             632
      7900 JAMES             632
      7900 JAMES             632
      7900 JAMES             632
  • 같은 블록내에 공간이 있다면 (최대 클러스터 키 개수를 초과하지 않는 범위 내에서) 계 그곳에 저장하고, 그 블록마저 차면 새로운 블록을 할당해서 계속 저장한다.
  • SIZE 옵션은 공간을 미리 예약해 두는 것일 뿐 그 크기를 초과했다고 값을 저장하지 못하도록 하지는 않는다.
  • SIZE옵션 때문에 데이터 입력이 방해 받지는 않지만 대부분 클러스터 키 값이 한 블록씩을 초과한다면 굳이 이 옵션을 두어 클러스터 체인이 발생하도록 할 필요는 없다.
  • 같은 키 값을 가진 데이터가 물리적으로 서로 모여서 저장되도록 하려고 클러스터 테이블을 사용하는 것인데, 이 옵션을 너무 작게 설정하면 그 효과가 반감된다. 반대로 이 값을 너무 크게 설정하면 공간을 낭비할 수 있으며, 판단 기준은 클러스터 키마다의 평균 데이터 크기다. SIZE 옵션을 지정하지 않으면 한 블록에 하나의 클러스터 키만 담긴다.

해시 클러스터 테이블

  • 해시 클러스터 테이블은 해시 함수에서 반환된 값이 같은 데이터를 물리적으로 함께 저장하는 구조이다.
  • 클러스터 키로 데이터를 검색하고 저장할 위치를 찾을 때는 해시 함수를 사용한다.
  • 해시 함수가 인덱스 역할을 대신하는 것이며, 해싱 알고리즘을 이용해 클러스터 키 값을 데이터 블록 주소로 변환해 준다.
  • 해시 클러스터 테이블의 두 가지 유형
  • 단일 테이블 해시 클러스터
  • 다중 테이블 해시 클러스터
  • 해시 클러스터의 가장 큰 제약사항은 '=' 검색만 가능하다는 점이다.
  • 물리적인 인덱스를 따로 갖지 않기 때문에 해시 클러스터 키로 검색할 때는 그만큼 블록 I/O가 덜 발생한다는 이점이 있다.
SQL> create cluster username_cluster# ( username varchar2(30) )
  2  hashkeys 100 size 50;
클러스터가 생성되었습니다.

SQL> create table user_cluster
  2  cluster username_cluster# ( username )
  3  as
  4  select * from all_users;
테이블이 생성되었습니다.

SQL> create table user_regular as select * from all_users;
테이블이 생성되었습니다.

SQL> create unique index user_regular_idx on user_regular(username);
인덱스가 생성되었습니다.

SQL> alter table user_regular modify user_id null;
테이블이 변경되었습니다.

SQL> alter table user_cluster modify user_id null;
테이블이 변경되었습니다.

SQL> alter session set sql_trace = true;
세션이 변경되었습니다.

SQL> declare
  2    l_user_id user_regular.user_id%type;
  3  begin
  4    for c in (select owner from objs_regular where owner <> 'PUBLIC')
  5    loop
  6      select user_id into l_user_id from user_regular where username = c.owne
r;
  7      select user_id into l_user_id from user_cluster where username = c.owne
r;
  8    end loop;
  9  end;
 10  /
PL/SQL 처리가 정상적으로 완료되었습니다.


SQL> alter session set sql_trace = false;
세션이 변경되었습니다.

SELECT USER_ID 
FROM
 USER_REGULAR WHERE USERNAME = :B1 

call     count       cpu    elapsed       disk      query    current        rows
------- ------  -------- ---------- ---------- ---------- ----------  ----------
Parse        1      0.00       0.00          0          0          0           0
Execute  29856      0.35       0.41          0          0          0           0
Fetch    29856      0.34       0.30          0      59712          0       29856
------- ------  -------- ---------- ---------- ---------- ----------  ----------
total    59713      0.70       0.72          0      59712          0       29856

Rows     Row Source Operation
-------  ---------------------------------------------------
  29856  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID USER_REGULAR (cr=59712 pr=0 pw=0 time=351640 us)
  29856   INDEX UNIQUE SCAN USER_REGULAR_IDX (cr=29856 pr=0 pw=0 time=202659 us)(object id 53043)
  

SELECT USER_ID 
FROM
 USER_CLUSTER WHERE USERNAME = :B1 


call     count       cpu    elapsed       disk      query    current        rows
------- ------  -------- ---------- ---------- ---------- ----------  ----------
Parse        1      0.00       0.00          0          0          0           0
Execute  29856      0.26       0.33          0          0          0           0
Fetch    29856      0.42       0.25          0      29856          0       29856
------- ------  -------- ---------- ---------- ---------- ----------  ----------
total    59713      0.68       0.59          0      29856          0       29856

Rows     Row Source Operation
-------  ---------------------------------------------------
  29856  TABLE ACCESS HASH USER_CLUSTER (cr=29856 pr=0 pw=0 time=225642 us)

IOT와 클러스터 테이블을 동시에 적용한 튜닝 사례

  • 책 P128 참고.

문서에 대하여

  • 이 문서는 오라클클럽 [코어 오라클 데이터베이스 스터디] 모임에서 작성하였습니다.
  • 이 문서의 내용은 (주)비투엔컬설팅에서 출간한 '오라클 성능 고도화 원리와 해법II'를 참고하였습니다.

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