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1. 옵티마이저




(1) 옵티마이저란?

사용자가 요청한 SQL을 가장 효율적이고 빠르게 수행할 수 있는 최적의 처리경로를 선택해주는
DBMS의 핵심엔진이다. 사람으로 치자면 두뇌!!

  • 규칙기반 옵티마이저(Rule-Based Optimazerm, RBO)
    10g부터는 RBO에대한 기술지원 X
  • 비용기반 옵티마이저Cose-Based Optimazerm, CBO)
    10g부터사용

(2) 규칙기반 옵티마이저

휴리스틱 옵티마이저라고 불리우며, 미리 정해 놓은 우선 순위에 따라 액세스 경로를 평가하고 실행계획을 수립한다.

순위 액세스경로 설명
1 Single Row By Rowid ROWID에 의한 단일 로우
2 Single Row By Cluster Join 클러스터 조인에 의한 단일 로우
3 Single Row By Hash Cluster Key whit Unique or Primary Key 유일하거나 PK를 가진 해시 클러스터키에 의한 단일 로우
4 Single Row By Unique or Primary Key 유일하거나 PK에 의한 단일 로우
5 Clustered Join 클러스터 조인
6 Hash Cluster Key 해시 클러스터 키
7 Indexed Cluster Key 인덱스 클러스터 키
8 Composite Index 복합 컬럼 인덱스
9 Single-Column Indexes 단일 컬럼 인덱스
10 Bounded Range Search on Indexed Columns 인덱스기 구성된 컬럼에서 제한된 범위 검색
11 Unbounded Range Search on Indexed Columns 인덱스가 구성된 컬럼에서 무제한 범위 검색
12 Sort Merge Join 정렬-병합 조인
13 MAX or MIN of Indexed Column 인덱스가 구성된 열에서 MAX 또는 MIN
14 ORDER BY on Indexed Column 인덱스가 구성된 열에서 ORDER BY
15 Full Tabel Scan 풀 테이블 스캔

< 규칙기반 옵티마이저가 사용하는 규칙>

규칙기반 옵티마이저가 사용하는 규칙 테스트
explain plan for 
select /*+ rule */ * from scott.emp order by empno; 

select * from table(dbms_xplan.display);

----------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name   |
----------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |        |
|   1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| EMP    |
|   2 |   INDEX FULL SCAN           | PK_EMP |
----------------------------------------------
empno 컬럼에 인덱스가 있으면 무조건 sort order by 연산을 대체한다
그러한이유로 full table scan하고 정렬하는 편이 나은데 
위의 표< 규칙기반 옵티마이저가 사용하는 규칙> 으로인하여 order by (14)가 높아서 선택

(3) 비용기반 옵티마이저

비용을 기반으로 최적화를 수행
비용이란, 쿼리를 수행하는 소요되는 일량 도는 시간을 뜻합니다.
테이블과 인덱스에 대한 여러 통계정보를 기초로 각 오퍼레이션 단계별 예상 비용을 산정
이를 합산한 총비용이 가장 낮은 실행계획 하나를 선택
비용산정시 사용되는 오브젝트 통계항목에는 레코드 개수, 블록 개수, 평균 행 길이, 컬럼 값의 수,
컬럼 값 분포, 인덱스 높이, 클러스터링 팩터등이 있다.
최근 시스템통계정보(cpu속도, 디스크I/O속도)까지 이용한다.

최적의 수행단계는 아래와 같다

1. 사용자가 던진 쿼리를 수행을 위해, 후보군이 될만한 실행계획을 찾는다.
2. 데이터 딕셔너리에 미리 수집해 놓은 오브젝트 통계 및 시스템 통계정보를
이용해 각 실행계획의 예상비용을 산정한다.
3, 각 실행계획의 비용을 비교해서 최저비용을 갖는 하나를 선택한다.

동적 샘플링
쿼리를 최적화할 때 미리 구해놓은 통계정보를 이용한다고 했는데, 만약 테이블과 인덱스에 대한 통계정보가 없거나 
너무 오래되어 신뢰할수없을 때 옵티마이저가 동적으로 샘플링을 수행하도록 할 수 있다.
optimizer_dynamic_sampling 파라미터로 동적 샘플링 레벨을 조정하며, 9i에서 기본 레벨이 1이던 것이 10g에서 2로 상향 조정되었다.
따라서 10g에서는 쿼리 최적화 시 통계정보 없는 테이블을 발견하면 무조건 동적 샘플링을 수행한다.
레벨을 0으로 설정해 동적 샘플링이 일어나지 않게 할 수 있으며, 9i 기본 값인 1로 설정할 때는 아래 조건을 모두 만족할 때만 동적 샘플링이 일어난다. 
(1) 통계정보가 수집되지 않은 테이블이 적어도 하나 이상 있고,
(2) 그 테이블이 다른 테이블과 조인되거나 서브쿼리 또는 Non-mergeable View에 포함되고,
(3) 그 테이블에 인덱스가 하나도 없고,
(4) 그 테이블에 할당된 블록 수가 32개(동적 샘플링을 위한 표본 블록 수의 기본 값)보다 많을때
 
레벨 설정은 최대 10까지 가능하다. 레벨이 높을수록 옵티마이저는 더 적극적인 동적 샘플링을 수행하며 샘플링에 사용되는 표본 블록 개수도 증가한다.

Oracle Database 10g Enterprise Edition Release 10.2.0.1.0 - Prod

create table bshman_test
( col1 number,
  col2 number,
  col3 number
)  

create index bshman_test_idx on bshman_test(col3);

insert into bshman_test
select rownum,
       dbms_random.value(1,100000),
       ceil(dbms_random.value(1,100))
from dual
connect  by level < 10000000

- 실행sql
select *
from bshman_test
where col3 < 10

- alter session set optimizer_dynamic_sampling  =0;

call         count         cpu    elapsed        disk       query    current        rows
------- ----------  ---------- ---------- ----------- ----------- ----------  ----------
Parse            1        0.00       0.00           0           0          0           0
Execute          1        0.00       0.00           0           0          0           0
Fetch         3222        0.33       0.35           0       25269          0       80510
------- ----------  ---------- ---------- ----------- ----------- ----------  ----------
Total         3224        0.33       0.35           0       25269          0       80510

Misses in library cache during parse: 0
Optimizer goal: All_Rows
Parsing user id: 66  (BSHMAN)

Rows     Row Source Operation
-------  ---------------------------------------------------
  80510  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID BSHMAN_TEST (cr=25269 pr=0 pw=0 time=1368864 us)
  80510   INDEX RANGE SCAN BSHMAN_TEST_IDX (cr=3373 pr=0 pw=0 time=324344 us)(object id 55109)
 
- alter session set optimizer_dynamic_sampling  =10;

call         count         cpu    elapsed        disk       query    current        rows
------- ----------  ---------- ---------- ----------- ----------- ----------  ----------
Parse            1        0.00       0.00           0           0          0           0
Execute          1        0.00       0.00           0           0          0           0
Fetch         3222        0.16       0.10           0        5740          0       80510
------- ----------  ---------- ---------- ----------- ----------- ----------  ----------
Total         3224        0.16       0.10           0        5740          0       80510

Misses in library cache during parse: 0
Optimizer goal: All_Rows
Parsing user id: 66  (BSHMAN)

Rows     Row Source Operation
-------  ---------------------------------------------------
  80510  TABLE ACCESS FULL BSHMAN_TEST (cr=5740 pr=0 pw=0 time=241631 us)


< CBO 기준으로 SQL처리 절차>

  • 1. Query Transformer : 사용자가 던진 SQL을 그대로 최적화하는 것이 아니라 우선 최적화하기 쉬운 형태로 변환을 시도한다.
    물론 쿼리 변환 전후 결과가 동일함이 보장될 때만 그렇게 한다.
  • 2. Estimator : 쿼리 오퍼레이션 각 단계의 선택도(Selectivity), 카디널리티(Cardinality), 비용(Cost)을 계산하고, 궁극적으로는 실행계획 전체에 대한 총 비용을 계산한다.
  • 3. Plan Generator : 하나의 쿼리를 수행하는 데 있어, 후보군이 될만한 실행계획들을 생성해내는 역할을 한다.
스스로 학습하는 옵티마이저란?
9i 에서는 동적 실시간 최적화
11g 에서는 적응적 커서 공유로 보인 최적의 플랜과 예상되는 정보 또한 ,
어떠한 테이블에 어떠한 INDEX가 최적이고, SQL은 어떻게 만들어야하는지
하는 오라클이 가고자하는 궁극적인 목표이지 않나싶나. 튜너는?
자세한 내용은 p367 참조

(4) 옵티마이저 모드

  • 옵티마이저 모드를 선택할 수 있는 값으로는 5개가 존재하고, 시스템 레벨 , 세션 레벨, 쿼리 레벨등으로 변경 할 수있다.

alter system set optimizer_mode = all_rows; – SYSTEM LEVEL
alter session set optimizer_mode = all_rows; – SESSION LEVEL
select /*+ all_rows */ from t where... – QUERY LEVEL

RULE 모드
(3) 규칙기반 옵티마이저 참조
ALL_ROWS 모드
쿼리를 결과집합을 처음부터 끝까지 fetch 하는것을 전제로 시스템 리소스를 가장 적게 사용하는 실행계획을 선택한다.
DML의 경우 first_rows 형식으로 일부집합만 fetch하고 멈추는 경우가 존재히지 않으므로, 무조건 all_rows를 선택한다.
또한, select 절의 union all, minus, for_update, pl/sql(단 흰트를 사용하거나 기본모드가 rule경우제외)

FIRST_MODE 예제 참조
FIRST_ROW 모드

CREATE TABLE T_EMP
AS
SELECT * FROM EMP,
( SELECT ROWNUM NO FROM DUAL CONNECT BY LEVEL <= 1000)
ORDER BY DBMS_RANDOM.VALUE

ALTER TABLE T_EMP ADD CONSTRAINT T_EMP_PK PRIMARY KEY(EMPNO,NO)

BEGIN
  DBMS_STATS.GATHER_TABLE_STATS
(
  OWNNAME => USER,
  TABNAME => 'T_EMP',
  METHOD_OPT => 'FOR COLUMNS SAL'
);
END;

SET AUTOTRACE TRACEONLY EXP

SELECT /*+ ALL_ROWS */ * 
FROM T_EMP
WHERE SAL >= 5000
ORDER BY EMPNO,NO;   

Execution Plan
----------------------------------------------------------
Plan hash value: 1175086354

----------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation          | Name  | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT   |       |  1000 | 41000 |    24   (9)| 00:00:01 |
|   1 |  SORT ORDER BY     |       |  1000 | 41000 |    24   (9)| 00:00:01 |
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL| T_EMP |  1000 | 41000 |    23   (5)| 00:00:01 |
----------------------------------------------------------------------------

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

   2 - filter("SAL">=5000)

-- FIRST_ROW로 변경
SELECT /*+ FIRST_ROWS */ * 
FROM T_EMP
WHERE SAL >= 5000
ORDER BY EMPNO,NO;   


Plan hash value: 1185322641
 
----------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |          |       |       | 13899 (100)|          |
|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T_EMP    |  1000 | 41000 | 13899   (1)| 00:02:47 |
|   2 |   INDEX FULL SCAN           | T_EMP_PK | 14000 |       |    37   (3)| 00:00:01 |
----------------------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   1 - filter("SAL">=5000)

- FIRST_ROW 모드로 바꾸자 ORDER BY 컬럼 순으로 정렬된 PK인덱스를사용 하여 실행계획을 수립
TABLE FULL SCAN의 비용은 26, INDEX FULL SCAN의 비용은 13900 이지만, 사용자가 FETCH 도중에
멈출 것이라는 가정 하에 이런 계획이 수립

SQL> SET AUTOTRACE OFF
SQL>    SELECT COUNT(*) ALL_EMP,
  2            COUNT(CASE WHEN SAL >= 5000 THEN 1 END) OVER_5000,
  3            ROUND(COUNT(CASE WHEN SAL >= 5000 THEN 1 END) / COUNT(*) * 100) RATIO
  4     FROM T_EMP;

   ALL_EMP  OVER_5000      RATIO
---------- ---------- ----------
     14000       1000          7

-- 최종결과 집합에 해당하는 레코드 비율은 7%밖에 되지않는다.
따라서 첫 번째 FETCH 분량을 얻기까지 많은 인덱스 스캔과 테이블 액세스를 수반하므로 FIRST_ROWS가
지향하는 최초 응답속도도 생각만큼 좋지 않을 수 있다.
ARRAYSIZE 가 작을 때만 이점이있음에도 불구하고, 옵티마이저는 무조건 INDEX FULL SCAN을 선택했다.

SELECT /*+ FIRST_ROWS */ * 
FROM T_EMP
WHERE SAL >= 5001
ORDER BY EMPNO,NO; 

Plan hash value: 1175086354
 
----------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation          | Name  | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT   |       |       |       |    24 (100)|          |
|   1 |  SORT ORDER BY     |       |     1 |    41 |    24   (9)| 00:00:01 |
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL| T_EMP |     1 |    41 |    23   (5)| 00:00:01 |
----------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   2 - filter("SAL">=5001)

-- 규칙의 영향을 받긴했지만 FIRST_ROWS 도 CBO모드이므로 통계정보를 활용한다.
그러므로, 컬럼 히스토그램을 생성했을때 SAL >= 5001 인 사원이 없다는 사실을 알고있는 옵티마이저도 알수있다.
따라서, 조건절을 SAL >= 5001로 변경하면 실행계획도 바뀐다.
(실제 데이터가 한건도 존재하지않는데 왜 rows는 한개지???)

SELECT /*+ RULE */ * 
FROM T_EMP
WHERE SAL >= 5001
ORDER BY EMPNO,NO;   

Plan hash value: 1185322641
 
------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     |
------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |          |
|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T_EMP    |
|   2 |   INDEX FULL SCAN           | T_EMP_PK |
------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   1 - filter("SAL">=5001)

Note
-----
   - rule based optimizer used (consider using cbo)

-- 같은 조건을 주고 RBO로 실행하면 INDEX FULL SCAN을 선택한다.

<결론>
FIRST_ROWS 가 RBO보다 낫긴 해도 완벽한 비용에 근거하지 않기 때문에 불합리한 결정을 할 때 가 종종있다.
이를 보완하기위해 9i 에서 first_rows_n 이 나왔다.
first_rows 는 이제는 과거와의 호환성을 위해서 남게되었다.
FIRST_ROWS_N
사용자가 처음 n개 로우만 fetch 하는 것을 전제로, 가장 빠른 응답속도를 낼수있는 실행계획을 선택한다.
n개로 지정 할 수 있는 값은 1,10,100,1000 네 가지며, 사용자가 지정한 n개 로우이상으로 fetch 한다면
오히려 리소스를 많이 사용하여 전체 수행속도를 늦출수가있다.

-- 사용방법
   alter session set optimizer_mode = first_row_100; ( 1,10,100,1000 으로 한정, 다르게 줄경우 에러발생)
   select /*+ first_rows(100) */ *  ( 0이상으로 줄수있슴)
   from t_emp...

SET AUTOTRACE OFF

   SELECT COUNT(*) ALL_EMP,
          COUNT(CASE WHEN SAL >= 2000 THEN 1 END) OVER_2000,
          ROUND(COUNT(CASE WHEN SAL >= 2000 THEN 1 END) / COUNT(*) * 100) RATIO
   FROM T_EMP;


   ALL_EMP  OVER_2000      RATIO
---------- ---------- ----------
     14000       6000         43

SET AUTOTRACE TRACEONLY EXP  

-- SAL >= 2000 사원은 6000명 이고 , 전체 43%를 자치하므로 일정량을 FETCH 할경우 TABLE FULL SCAN보다 비용이 커진다.

SELECT /*+ FIRST_ROWS(10) */ * 
FROM T_EMP
WHERE SAL >= 2000
ORDER BY EMPNO,NO;   

Plan hash value: 1185322641
 
----------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |          |       |       |    28 (100)|          |
|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T_EMP    |  5999 |   240K|    28   (0)| 00:00:01 |
|   2 |   INDEX FULL SCAN           | T_EMP_PK |    26 |       |     2   (0)| 00:00:01 |
----------------------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   1 - filter("SAL">=2000)

-- 추가시작 

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     | Starts | E-Rows |E-Bytes| Cost (%CPU)| E-Time   | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T_EMP    |      1 |   5999 |   240K|    28   (0)| 00:00:01 |   6000 |00:00:00.08 |   14123 |
|   2 |   INDEX FULL SCAN           | T_EMP_PK |      1 |     26 |       |     2   (0)| 00:00:01 |  14000 |00:00:00.03 |     276 |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-- 추가끝
 
SELECT /*+ FIRST_ROWS(100) */ * 
FROM T_EMP
WHERE SAL >= 2000
ORDER BY EMPNO,NO;   

Plan hash value: 1175086354
 
------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation          | Name  | Rows  | Bytes |TempSpc| Cost (%CPU)| Time     |
------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT   |       |       |       |       |    91 (100)|          |
|   1 |  SORT ORDER BY     |       |  5999 |   240K|   776K|    91   (4)| 00:00:02 |
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL| T_EMP |  5999 |   240K|       |    23   (5)| 00:00:01 |
------------------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   2 - filter("SAL">=2000)

-- 추가시작

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation          | Name  | Starts | E-Rows |E-Bytes|E-Temp | Cost (%CPU)| E-Time   | A-Rows |   A-Time   | Buffers |  OMem |  1Mem | Used-Mem |
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|   1 |  SORT ORDER BY     |       |      1 |   5999 |   240K|   776K|    91   (4)| 00:00:02 |   6000 |00:00:00.03 |      93 |   478K|   448K|  424K (0)|
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL| T_EMP |      1 |   5999 |   240K|       |    23   (5)| 00:00:01 |   6000 |00:00:00.01 |      93 |       |       |          |
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-- 추가끝

-- FIRST_ROWS(10) 일때는 INDEX FULL SCAN, FIRST_ROWS(100) 일때는 TABLE FULL SCAN으로 바뀐걸 확인할수있다.
T_EMP 의 SAL >= 2000은 43%에 해당하는 6천건의 데이터를 가지고 있다.
그중 로우를 10개를 먼저 읽었을때와, 100개를 읽었을때의 옵티마이저의 선택은 위와같은것이다.

보너스로 해당 쿼리의 로우가 37개까지는 INDEX_FULL 스캔을 타고 , 38이상은 TABLE FULL SCAN을 타는걸 확인하였다.

-- row(37)
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name     | Starts | E-Rows |E-Bytes| Cost (%CPU)| E-Time   | A-Rows |   A-Time   | Buffers | Reads  |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| T_EMP    |      1 |   5999 |   240K|    90   (0)| 00:00:02 |   6000 |00:00:00.19 |   14123 |    131 |
|   2 |   INDEX FULL SCAN           | T_EMP_PK |      1 |     89 |       |     2   (0)| 00:00:01 |  14000 |00:00:00.06 |     276 |     36 |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-- row(38)
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation          | Name  | Starts | E-Rows |E-Bytes|E-Temp | Cost (%CPU)| E-Time   | A-Rows |   A-Time   | Buffers | Reads  |  OMem |  1Mem | Used-Mem |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|   1 |  SORT ORDER BY     |       |      1 |   5999 |   240K|   776K|    91   (4)| 00:00:02 |   6000 |00:00:00.17 |      93 |      1 |   478K|   448K|  424K (0)|
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL| T_EMP |      1 |   5999 |   240K|       |    23   (5)| 00:00:01 |   6000 |00:00:00.15 |      93 |      1 |       |       |          |
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CHOOSE
액세스 되는 테이블중 통계정보가 존재한다면 CBO를 선택 그중 옵티마이저모드는 FIRST_ROWS 선택
통계정보가 존재하지않는다면 RBO를 선택한다.
9i -> 기본설정
10g -> all_rows
  • 옵티마이저 선택
    FIRST_ROWS는 OLTP,ALL_ROWS는 DW나 배치 프로그램 등에서 사용한다고 알려져있다.
    웹어플리케이션에서도 ALL_ROWS 를선택하여서 사용한다.
    이유는, 전체범위처리를 요구하기 때문이다. 또한, 아키텍쳐 영향을 받기 때문이다.

애플리케이션단에서 사용용도와 각각 잘맞게 FIRST_ROWS를 사용할 것인지,
ALL_ROWS를 사용 할 것인지는 업무에 따라 판단하고 SYSTEM, SESSION , QUERY LEVEL 로 적당히 환경을 맞쳐서 사용하면된다.

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  1. 11월 24, 2012

    배성환 says:

    1) first_row_n 에서 cursor로 결과를 뽑자. 2) first_row_n 에서 로우26의 값의 의미는? 10건에 대한 예측지인...

    1) first_row_n 에서 cursor로 결과를 뽑자.
    2) first_row_n 에서 로우26의 값의 의미는?

    10건에 대한 예측지인지 확인...
    전체에 대한 예측인지...