[스터디] 10. 데이터 압축

목차

6. 데이터 압축

• MySQL 서버에서 디스크에 저장된 데이터 파일의 크기는 일반적으로 쿼리의 처리 성능, 백업 및 복구 시간과 밀접하게 연결됨.
  • 디스크의 데이터 파일이 크면 클수록 쿼리를 처리하기 위해서 더 많은 데이터 페이지를 InnoDB 버퍼 풀로 읽어야 할 수도 있고, 새로운 페이지가 버퍼 풀로 적재되기 때문에 그만큼 더티 페이지가 더 자주 디스크로 기록되어야 함.
  • 데이터 파일이 크면 클수록 백업 시간이 오래 걸리며, 복구하는 데도 그만큼의 시간이 걸림.
  • 또한 그만큼의 저장 공간이 필요하기 때문에 비용 문제도 있을 수 있음.
  • 많은 DBMS가 이런 문제점을 해결하기 위해 데이터 압축 기능을 제공함.

6.1 페이지 압축

• 페이지 압축(Transparent Page Compression): MySQL 서버가 디스크에 저장하는 시점에 데이터 페이지가 압축되어 저장되고, 반대로 MySQL 서버가 디스크에서 데이터 페이지를 읽어올 때 압축이 해제됨.
• 버퍼 풀에 데이터 페이지가 한 번 적재되면 InnoDB 스토리지 엔진은 압축이 해제된 상태로만 데이터 페이지를 관리함. MySQL 서버의 내부 코드에서는 압축 여부와 관계없이 투명(Tranparent)하게 작동함.
• 16KB 데이터 페이지를 압축한 결과가 용량이 얼마나 될지 예측이 불가능한데 적어도 하나의 테이블은 동일한 크기의 페이지(블록)로 통일돼야 함. 그래서 페이지 압축 기능은 운영체제별로 특정 버전의 파일 시스템에서만 지원되는 펀치 홀(Punch
  hole)이라는 기능을 사용함.

운영체제(파일 시스템)의 블록 사이즈가 512바이트인 경우, 페이지 압축이 작동하는 방식
1. 16KB 페이지를 압축(압축 결과를 7KB로 가정)
2. MySQL 서버는 디스크에 압축된 결과 7KB를 기록 (이때 MySQL 서버는 압축 데이터 7KB에 9KB의 빈 데이터를 기록)
3. 디스크에 데이터를 기록한 후, 7KB 이후의 공간 9KB에 대해 펀치 홀(Punch-hole)을 생성
4. 파일 시스템은 7KB만 남기고 나머지 디스크의 9KB 공간은 다시 운영체제로 반납

• MySQL 서버의 페이지 압축이 가진 문제는 펀치 홀 기능은 운영체제뿐만 아니라 하드웨어 자체에서도 해당 기능을 지원해야 사용 가능하다는 점, 파일 시스템 관련 명령어(유틸리티)가 펀치 홀을 지원하지 못하다는 점임.
• MySQL 서버의 데이터 파일은 해당 서버에만 머무는 것이 아니라 백업했다가 복구하는 과정에서 데이터 파일 복사 과정이 실행되고, 그 외에도 많은 파일 관련 유틸리티들을 사용함. 따라서 실제 페이지 압축은 많이 사용되지 않음.

-- 페이지 압축을 이용할 때 명령어
-- // 테이블 생성 시 mysql> CREATE TABLE t1 (c1 INT) COMPRESSION="zlib";
-- // 테이블 변경 시 mysql> ALTER TABLE t1 COMPRESSION="zlib";
mysql> OPTIMIZE TABLE t1;

6.2 테이블 압축

• 테이블 압축: 운영체제나 하드웨어에 대한 제약 없이 사용할 수 있기 때문에 일반적으로 활용도가 높음. 디스크의 데이터 파일 크기를 줄일 수 있음. 하지만 다음과 같은 단점이 있음.
  • 버퍼 풀 공간 활용률이 낮음
  • 쿼리 처리 성능이 낮음
  • 빈번한 데이터 변경 시 압축률이 떨어짐

6.2.1 압축 테이블 생성

• 테이블 압축을 사용하기 위한 전제 조건으로 압축을 사용하려는 테이블이 별도의 테이블 스페이스를 사용해야 함.
• 이를 위해서는 innodb_file_per_table 시스템 변수가 ON으로 설정된 상태에서 테이블이 생성되어야 함. 테이블 압축을 사용하는 테이블은 테이블을 생성할 때 ROW_ FORMAT=COMPRESSED 옵션을 명시해야 함.
• 추가로 KEY_BLOCK_SIZE 옵션을 이용해 압축된 페이지의 타깃 크기(목표 크기)를 명시하는데, 2n(n 값은 2 이상)으로만 설정할 수 있음. InnoDB 스토리지 엔진의 페이지 크기(innodb_page_size)가 16KB라면 KEY_BLOCK_SIZE는 4KB 또는 8KB만 설정할 수 있음. 그리고 페이지 크기가 32KB 또는 64KB인 경우에는 테이블 압축을 적용할 수 없음.

mysql> SET GLOBAL innodb_file_per_table=ON;

-- // ROW_FORMAT 옵션과 KEY_BLOCK_SIZE 옵션을 모두 명시
mysql> CREATE TABLE compressed_table (
	c1 INT PRIMARY KEY
	)
	ROW_FORMAT=COMPRESSED
    KEY_BLOCK_SIZE=8;
    
-- // KEY_BLOCK_SIZE 옵션만 명시
mysql> CREATE TABLE compressed_table (
	c1 INT PRIMARY KEY
    )
    KEY_BLOCK_SIZE=8;

 

• 테이블 압축 방식에서 가장 중요한 것은 원본 데이터 페이지의 압축 결과가 목표 크기(KEY_BLOCK_SIZE) 보다 작거나 같을 때까지 반복해서 페이지를 스플릿하는 것임. 목표 크기가 잘못 설정되면 MySQL 서버의 처리 성능이 급격히 떨어질 수 있으니 주의함.

6.2.2 KEY_BLOCK_SIZE 결정

• 테이블 압축에서 가장 중요한 부분은 압축된 결과가 어느 정도가 될지를 예측해서 KEY_BLOCK_SIZE를 결정하는 것임.
• 테이블 압축을 적용하기 전에 먼저 KEY_BLOCK_SIZE를 4KB 또는 8KB로 테이블을 생성해서 샘플 데이터를 저장해보고 적절한지 판단함. 샘플 데이터가 많으면 더 정확한 테스트가 가능하므로 최소한 테이블의 데이터 페이지가 10개 정도는 생성되도록 테스트 데이터를 INSERT함.
• 압축 실패율이 높다고 해서 압축을 사용하지 말아야 한다는 것은 아님.
• 예) INSERT만 되는 로그 테이블의 경우에는 한 번 INSERT되면 이후 다시는 변경되지 않음. 한 번 정도는 압축 시도가 실패해서 페이지 스플릿 후 재압축 한다고 하더라도 전체적으로 데이터 파일의 크기가 큰 폭으로 줄어든다면 큰 손해는 아님. 반대로 압축 실패율이 그다지 높지 않은 경우에 테이블의 데이터가 매우 빈번하게 조회되고 변경된다면 압축은 고려하지 않는 것이 좋음. 테이블 압축은 zlib를 이용해 압축을 실행하는데, 압축 알고리즘은 많은 CPU 자원을 소모함.

6.2.3 압축된 페이지의 버퍼 풀 적재 및 사용

• InnoDB 스토리지 엔진은 압축된 테이블의 데이터 페이지를 버퍼 풀에 적재하면 압축된 상태와 압축이 해제된 상태 2개 버전을 관리함. 그래서 InnoDB 스토리지 엔진은 디스크에서 읽은 상태 그대로의 데이터 페이지 목록을 관리하는 LRU 리스트와 압축된 페이지들의 압축 해제 버전인 Unzip_LRU 리스트를 별도로 관리함.
• MySQL 서버에는 압축된 테이블과 압축되지 않은 테이블이 공존하므로 LRU 리스트는 압축된 페이지와 압축되지 않은 페이지를 모두 가질 수 있음.
  • 압축이 적용되지 않은 테이블의 데이터 페이지
  • 압축이 적용된 테이블의 압축된 데이터 페이지
• Unzip_LRU 리스트는 압축이 적용되지 않은 테이블의 데이터 페이지는 가지지 않으며, 압축이 적용된 테이블에서 읽은 데이터 페이지만 관리함. Unzip_LRU 리스트에는 압축을 해제한 상태의 데이터 페이지 목록이 관리됨.
• InnoDB 스토리지 엔진은 압축된 테이블에 대해서는 버퍼 풀의 공간을 이중으로 사용함으로써 메모리를 낭비함. 압축된 페이지에서 데이터를 읽거나 변경하기 위해서는 압축을 해제해야 하는데, 압축 및 압축 해제 작업은 CPU를 상대적으로 많이 소모 함.
• 2가지 단점을 보완하기 위해 Unzip_LRU 리스트를 별도로 관리하고 있다가 MySQL 서버로 유입되는 요청 패턴에 따라서 적절히(Adaptive) 다음 처리를 수행함.
  • InnoDB 버퍼 풀의 공간이 필요한 경우: LRU 리스트에서 원본 데이터 페이지(압축된 형태)는 유지하고, Unzip_ LRU 리스트에서 압축 해제된 버전은 제거해서 버퍼 풀의 공간을 확보함.
  • 압축된 데이터 페이지가 자주 사용되는 경우: Unzip_LRU 리스트에 압축 해제된 페이지를 계속 유지하면서 압축 및 압축 해제 작업을 최소화함.
  • 압축된 데이터 페이지가 사용되지 않아서 LRU 리스트에서 제거되는 경우: Unzip_LRU 리스트에서도 함께 제거됨.
• InnoDB 스토리지 엔진은 버퍼 풀에서 압축 해제된 버전의 데이터 페이지를 적절한 수준으로 유지하기 위해 다음과 같은 어댑티브(적응적인) 알고리즘을 사용함.
  
  • CPU 사용량이 높은 서버에서는 가능하면 압축과 압축 해제를 피하기 위해 Unzip_LRU의 비율을 높여서 유지함.
  • Disk IO 사용량이 높은 서버에서는 가능하면 Unzip_LRU 리스트의 비율을 낮춰서 InnoDB 버퍼 풀의 공간을 더 확보하도록 작동함.

6.2.4 테이블 압축 관련 설정

• 테이블 압축을 사용할 때 연관된 시스템 변수는 모두 페이지의 압축 실패율을 낮추기 위해 필요한 튜닝 포인트를 제공함.
  
  • innodb_cmp_per_index_enabled:
    • 테이블 압축이 사용된 테이블의 모든 인덱스별로 압축 성공 및 압축 실행 횟수를 수집하도록 설정함.
    • 이 시스템 옵션이 비활성화(OFF)되면 테이블 단위의 압축 성공 및 압축 실행 횟수만 수집됨.
    • 테이블 단위로 수집된 정보는 information_schema.INNODB_CMP 테이블에 기록되고, 인덱스 단위로 수집된 정보는 information_schema.INNODB_CMP_PER_INDEX 테이블에 기록됨.
  • innodb_compression_level:
    • InnoDB의 테이블 압축은 zlib 압축 알고리즘만 지원하는데, innodb_compression_level 시스템 변수를 이용해 압축률을 설정할 수 있음.
    • 0부터 9까지의 값 중에서 선택할 수 있고, 값이 작을수록 압축 속도는 빨라지지만 저장 공간은 커질 수 있음. 반대로 값이 커질수록 속도는 느려질 수 있지만 압축률은 높아짐. 기본값은 6임.
    • 압축 속도는 CPU 자원 소모량과 동일한 의미로, 압축 속도가 빨라진다는 것은 CPU 자원을 그만큼 적게 사용한다는 의미임.
  • innodb_compression_failure_threshold_pct와 innodb_compression_pad_pct_max:
    • 테이블 단위로 압축 실패율이 innodb_compression_failure_threshold_pct 시스템 설정값보다 커지면, 압축을 실행하기 전 원본 데이터 페이지의 끝에 의도적으로 일정 크기의 빈 공간을 추가함.
    • 추가된 빈 공간은 압축률을 높여서 압축 결과가 KEY_BLOCK_SIZE보다 작아지게 만듦. 추가하는 빈 공간을 패딩(Padding)이라고 함.
    • 패딩 공간은 압축 실패율이 높아질수록 계속 증가되는데, 추가할 수 있는 패딩 공간의 최대 크기는 innodb_compression_pad_pct_max 시스템 설정값 이상을 넘을 수 없음.
    • innodb_compression_pad_pct_max 시스템 설정값에는 % 값을 설정하는데, 전체 데이터 페이지 크기 대비 패딩 공간의 비율을 의미함.
  • innodb_log_compressed_pages:
    • InnoDB 스토리지 엔진은 압축된 데이터 페이지를 그대로 리두 로그에 기록함. MySQL 서버가 비정상적으로 종료됐다가 다시 시작되는 경우 압축 알고리즘 (zlib)의 버전 차이가 있더라도 복구 과정이 실패하지 않도록 하기 위함.
    • 압축 알고리즘을 업그레이드할 때 도움이 되지만, 데이터 페이지를 통째로 리두 로그에 저장하는 것은 리두 로그의 증가량에 영향을 미칠 수 있음. 압축을 적용한 후 리두 로그 용량이 매우 빠르게 증가한다거나 버퍼 풀로부터 더티 페이지가 한꺼번에 많이 기록되는 패턴으로 바뀌었다면 innodb_log_ compressed_pages 시스템 변수를 OFF로 설정한 후 모니터링하는 것이 좋음.
    • innodb_log_compressed_pages 시스템 변수의 기본값은 ON인데, 가능하면 기본값인 ON 상태를 유지하자.

 

이 글은 『Real MySQL 8.0 (1권)』 책을 학습한 내용을 정리한 것입니다.