Buffer Pinning 기법 (in Oracle)

일반적으로 Index Scan이라고 불리우는 기법들(Index Range Scan, Index Unique Scan 등)은 Single Block IO를 활용한다. (해당 내용에 대한 이해도가 부족하다면 이전 글 참조 -> 테이블 스캔 방식에 따른 DB Block IO 전략)

뒤에 설명하겠지만, 읽어야 할 블록이 버퍼에 존재한다고 해도 해당 블록에 접근하기 위한 메모리 상의 포인터를 획득하는 과정이 필요하다.

따라서 읽어야 할 인덱스 레코드가 많은 경우엔, 그 수 만큼 논리적 IO가 발생한다고 볼 수 있고 매번 포인터를 새롭게 획득한다고 생각할 수 있다.

만약 인덱스 리프 노드에서 읽어낸 테이블 ROWID가 대부분 동일한 블록을 가리키고 있다면? 그럼에도 불구하고 인덱스 레코드 수 만큼 포인터 획득 과정을 거치는 것으로 봐야할까?

 

Buffer 내 특정 블록의 주소 획득 과정

서론의 의문에 다가가기 전에 먼저 버퍼 내 특정 블록에 접근하기 위한 과정에 대해 알아보자.

Index Scan을 통해 획득한 ROWID에는 실제 데이터가 저장된 파일의 정보와 블록의 정보가 포함된다.

다만 매번 디스크 IO를 발생시킬 수는 없으니 서론에서 언급한 것처럼 먼저 버퍼 캐시에 해당 블록이 존재하는지 확인하는 과정이 존재한다.

이 과정에서 이용되는 것도 ROWID이다.

DB는 이 ROWID를 해시 처리하고 해시 값을 기준으로 해시 테이블 내에서 특정 해시 체인을 특정한다.

하나의 해시 체인에는 같은 해시 값을 갖는 버퍼 블록들의 헤더가 체인 형태로 이어져 있으며 각 헤더에는 해당 버퍼 블록의 실제 메모리 상 주소(포인터)가 저장되어 있다.

이 때 해시 체인에 접근하기 위해서는 해시 체인 래치를 획득해야 한다. 

해시 체인 래치란, 특정 버퍼 블록에 대한 동시다발적인 접근 및 수정 작업은 동시성 문제를 발생시킬 수 있기 때문에 이를 제한하는 일종의 상호 배제 방법론이다.

따라서 무수히 많은 세션이 하나의 해시 체인에 몰리게 되는 경우, 경합이 발생하여 성능 상 문제를 일으킬 가능성도 존재한다. (물론 이후에는 체인 래치에도 공유 래치(읽기 전용), 독점 래치(쓰기) 등의 레벨을 두어 경합을 어느 정도 해소하도록 변경되었다.)

이러한 일련의 과정을 거친 이후에나 버퍼 블록에 접근이 가능하다.

즉, 하나의 논리적 IO에서 수행되는 메모리 접근 과정만 놓고 보더라도 결코 무시할 수준이 못된다.

 

Buffer Pinning

만약 인덱스 레코드들이 레코드의 수보다 훨씬 적은 몇개의 블록 만을 가리키는 상황을 고려한다면, 인덱스 스캔은 Single Block IO이므로 매번 메모리 버퍼 주소를 가져오는 작업을 새롭게 수행할까?

Oracle에서는 Buffer Pinning이라는 기법을 활용하여 해당 상황을 개선한다.

Buffer Pinning이란 한번의 Call에서 2번 이상 호출된 블록에 대해, 이에 접근하기 위한 메모리 버퍼 주소를 버리지 않고 유지하는 것을 말한다. (말 그대로 특정 버퍼 블록을 Pin 처리하는 것)

이를 통하면 앞서 메모리 버퍼 주소를 획득하기 위해 수행했던 해시 함수 호출, 해시 테이블 탐색, 해시 체인 래치 획득, 해시 체인 탐색 등의 과정을 전부 건너 뛸 수 있게 되어 성능 상 이점을 가질 수 있다.

특히, 특정 인덱스가 정렬된 형태에 맞게 실제 데이터도 디스크 레벨에서 서로 모여서 비슷한 블록들에 저장되고 있다면 Buffer Pinning의 이점은 더 극대화된다.

이러한 상황을 특정 인덱스에 대해 클러스터링 팩터가 좋다고 표현한다.

 

Clustering Factor 개선?

클러스터링 팩터가 좋을 때 Buffer Pinning 기법으로 얻는 이점도 극대화된다는 결론이 도출되었는데, 그렇다면 어떻게 클러스터링 팩터를 개선할 수 있을까?

사실 클러스터링 팩터를 위해 뭔가 특별한 조치를 하는 것은 일반적인 상황은 아니다. 왜냐하면 클러스터링을 위해서는 이를 위한 기준이 필요하고, 이는 특정 인덱스가 될 터인데 이 경우 해당 테이블에서 다른 인덱스를 통해 수행하는 작업의 효율은 떨어지기 때문이다. 

그럼에도 불구하고 특정 인덱스에 대해 클러스터링 팩터를 개선해야 한다면 Table Reorg나 테이블 파티셔닝 등의 방법을 이용할 수 있다.

 

 

참조

친절한 SQL 튜닝, 2018 - 조시형 저

[I. 오라클 아키텍처] DB Lock(Pin)

오라클 내부구조와 OWI (버퍼 캐시와 OWI)