KR101593632B1 - 데이터베이스 압축 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

데이터베이스 압축 방법 및 그 장치가 개시된다. 데이터베이스 관리 장치는 페이지 내 레코드 수와 압축 페이지 내 여유공간의 크기를 기초로 압축 실패 전에 페이지 분할을 수행하거나 레코드 삽입을 수행한다.

Description

데이터베이스 압축 방법 및 그 장치{Database compression method and apparatus}
본 발명은 데이터베이스를 압축하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 OLTP(On-Line Transaction Processing)의 갱신 위주의 작업에 보다 효율적인 데이터베이스 압축 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근 데이터의 폭발적인 증가로 인해, 데이터 저장 비용이 대규모 데이터베이스 애플리케이션들의 주요한 비용 요소가 되고 있다. 보다 많은 데이터를 한정된 공간에 저장하기 위한 데이터베이스 압축은 데이터 저장 비용을 줄일 수는 있으나, 읽기 작업에 효과적일 뿐 OLTP와 같은 갱신 위주(update-intensive)의 작업 성능을 감소시킨다. 압축된 페이지에서 레코드의 갱신은 새 버전의 레코드를 삽입한 후에 구 버전의 레코드를 삭제함으로써 이루어질 수 있다.
데이터베이스의 압축 실패를 피하고 삽입 위주의 작업에서 종래의 압축 방법의 오버헤드를 줄이기 위한 방법으로 적응 패딩(adaptive padding)이라 불리는 방법이 제안되었다. 압축 실패의 경우에 CPU는 페이지를 재구성하여 재압축하고, 재압축도 실패하는 경우에는 페이지 분할(split)의 과정을 수행하여야 한다. 페이지 분할 과정을 수행하는 경우 재구성과 재압축에 사용된 CPU 사이클이 모두 쓸모없게 된다. 적응 패딩 방법은 비압축 페이지의 데이터 양을 압축할 수 있을 정도로 유지한다. 즉, 비압축 페이지를 압축 페이지 크기로 압축할 수 있도록 유지한다. 이를 위해 비압축 페이지에 "패드(pad)"라 불리는 사용하지 않는 공간을 할당하여, 비압축 페이지의 밀도를 낮춘다. 비압축 페이지가 패드 때문에 빨리 차므로, 압축 실패 전에 페이지 분할이 먼저 발생한다. 이 방법은 주로 레코드의 연속적인 삽입에 초점을 맞추고 있으며, OLTP 작업과 같은 갱신 위주의 작업에는 효과적이지 못하다.
특허공개번호 제2013-0062889호 특허공개번호 제2010-0099378호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, OLTP에서 레코드 갱신 작업에 의한 페이지 분할을 줄여 데이터베이스의 잠금 경합(lock contention)에 의한 성능 저하를 최소화할 수 있는 데이터베이스 압축 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 데이터베이스 압축 방법의 일 예는, 삽입 레코드의 크기와 비압축 페이지의 여유공간의 크기를 비교하는 단계; 페이지 내 레코드 수와 임계값을 비교하는 단계; 상기 삽입 레코드의 크기가 상기 비압축 페이지의 여유공간의 크기 이하이고, 상기 페이지 내 레코드 수가 상기 임계값 이하이며, 압축 페이지의 여유공간의 크기가 테이블 내 가장 큰 레코드의 크기(최대 레코드 크기)보다 작으면, 상기 페이지를 재구성하고 재압축하는 단계; 재압축된 페이지의 여유공간의 크기와 상기 삽입 레코드의 크기 차이가 상기 최대 레코드 크기보다 작으면, 상기 임계값을 상기 페이지 내 레코드 수에서 1을 차감한 값으로 변경하고 페이지 분할을 수행하는 단계; 및 상기 압축 페이지의 여유공간의 크기가 상기 최대 레코드 크기 이상 이거나, 상기 재압축 페이지의 여유공간의 크기와 상기 삽입 레코드의 크기 차이가 상기 최대 레코드 크기 이상이면, 상기 삽입 레코드를 상기 비압축 페이지 및 상기 압축 페이지에 각각 삽입하는 단계;를 포함한다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 데이터베이스 압축 방법의 다른 일 예는, 두 개의 비압축 페이지 중에서 여유공간의 크기가 큰 페이지를 제1 페이지라고 하고 여유공간의 크기가 작은 페이지를 제2 페이지라고 할 때, 제1 페이지의 비압축 버전의 여유공간의 크기와 제2 페이지의 비압축 버전의 사용공간의 크기 차를 구하는 단계; 상기 크기 차가 최대 레코드 크기 이상이면, 상기 제1 페이지의 레코드 수와 상기 제2 페이지의 레코드 수의 합을 구하는 단계; 및 상기 레코드 수의 합이 기 설정된 임계값 이하이면, 상기 제1 페이지와 상기 제2 페이지를 병합하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 레코드 갱신이 빈번한 OLTP 작업에서 데이터베이스 압축 시 페이지 분할을 줄여 잠금 경합에 의한 성능 저하를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 데이터베이스 관리 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 데이터베이스 압축 방법의 일 예를 도시한 흐름도, 그리고,
도 3은 본 발명에 따른 데이터베이스 압축 방법의 다른 일 예를 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 데이터베이스 압축 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 데이터베이스 관리 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 데이터베이스 관리 장치(100)는 압축부(110), 압축해제부(120), 페이지 분할부(130), 데이터베이스(140), 버퍼(150), 송수신부(160)를 포함한다.
데이터베이스(140)는 일정 크기의 페이지를 사용하는 테이블과 인덱스들을 포함한다. 페이지 크기는 기 설정되어 있으며, 페이지에 레코드를 삽입할 공간이 없으면 페이지 분할 후 분할된 페이지에 레코드가 삽입된다.
예를 들어, 오라클 사의 MySQL/InnoDB 시스템의 경우 데이터베이스(140)는 인덱스 일체형 테이블과 보조 인덱스들로 구성될 수 있다. 즉, 모든 데이터가 인덱스에 저장된다. 인덱스 일체형 테이블의 단말 페이지(leaf page) 내 각 레코드는 테이블의 모든 컬럼을 포함한다.
송수신부(160)는 유무선 통신망을 통해 데이터를 송수신한다. 예를 들어, 송수신부(160)는 OLTP의 삽입 레코드를 수신한다.
압축부(110)는 종래 다양한 방법을 적용하여 페이지를 압축할 수 있다. 예를 들어, 오라클 사의 MySQL/InnoDB 시스템의 경우 zlib를 이용하여 데이터베이스의 각 페이지를 압축한다. 압축 테이블은 비압축 페이지의 크기보다 작은 크기의 페이지를 사용한다. 예를 들어, 압축 페이지의 크기는 1KB, 2KB, 4KB, 8KB 또는 16KB로 설정될 수 있다. 압축 페이지의 최적 크기는 데이터의 타입과 분포에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
압축부(110)는 압축 페이지 내 여유공간(free space)을 이용하여 페이지를 다시 압축하는 횟수를 줄인다. 보다 구체적으로, 압축부(110)는 압축된 페이지의 여유공간에 레코드들을 비압축 형태로 삽입한다. 그러나 여유공간이 다 소진되면, 압축부(110)는 압축 페이지를 재구성하고 재압축하여야 하며, 그 결과 압축 페이지에는 이전보다 더 작은 여유공간이 남게 된다.
압축부(110)는 압축 페이지의 레코드를 갱신하는 경우, 갱신 레코드를 압축 페이지의 여유공간에 삽입한다. 여유공간이 부족하여 페이지를 재구성하고 재압축하는 경우에, 압축부(110)는 레코드의 구 버전을 압축 페이지에서 제거한다.
압축 페이지에 레코드를 삽입하는 과정을 계속 수행함에 따라, 재압축 수행 사이의 시간 간격은 점점 더 짧아지고, 결국에는 재압축을 할 수 없는 상태, 즉, 재압축 실패에 이른다.
재압축 실패에 이르면, 페이지 분할부(130)는 페이지 분할을 수행한다. 페이지 분할은 비압축 페이지의 여유공간이 부족한 경우에도 발생할 수 있다. 압축 페이지의 여유공간이 다 차기 전이라도 비압축 페이지의 여유공간이 다 차는 경우가 발생할 수 있다.
압축부(110)는 레코드를 삽입, 갱신, 삭제하기 위한 크게 두 가지 방법을 사용한다. 첫 번째 방법은 낙관적 방법으로 페이지 분할이나 병합 없이 오직 한 페이지 내에서 작업이 이루어진다고 가정한다. 두 번째 방법은 비관적 방법으로 페이지를 분할하거나 병합함으로써 인덱스 구조를 변경한다고 가정하여 전체 인덱스에 배타적 잠금(lock)을 걸어야 하므로, 시스템 성능을 저하시킨다.
예를 들어, 페이지 내 레코드를 갱신한다고 하자. 먼저 낙관적 방법을 시도한다. 만약 낙관적 방법에서 재구성 및 재압축의 과정을 통해서도 압축 페이지 내 여유공간에 레코드의 갱신 버전을 삽입할 수 없다면, 두 번째 비관적 방법에 따라 인덱스에 배타적 잠금을 걸고 페이지 분할을 수행한 이후에 레코드를 갱신한다.
갱신을 위한 충분한 여유공간이 압축 페이지에 있다면, 레코드 갱신은 일반적으로 페이지 분할을 발생시키지 않는다. 다만 공간 절약을 위하여, 여유공간의 크기를 각 테이블의 가장 큰 레코드 크기(최대 레코드 크기)로 한정할 수 있다.
예를 들어, 두 레코드 r,s를 연속적으로 갱신하는 경우를 가정하자.
압축 페이지에 충분한 여유공간이 있어, 압축 페이지에 r의 갱신 버전인 ru을 삽입할 수 있다고 하자. ru의 삽입 후 충분한 여유공간이 남아 있지 않다면 s의 갱신 버전 su를 삽입할 수 없다. 이 경우, 압축부는 압축된 페이지를 재구성하고 재압축하는 과정을 통해 r의 구 버전 ro를 새 버전 ru로 대체한다. 갱신 버전 ru의 압축 크기가 구 버전 ro의 압축 크기보다 작거나 비슷하면, 압축 페이지 내 레코드 su의 삽입을 위한 여유공간이 다시 확보된다. 이는 초기에 한 레코드를 위한 충분한 여유공간이 확보되어 있다면 한 번의 레코드 갱신 후에도 보통 또 하나의 레코드를 위한 여유공간이 다시 확보됨을 보여준다. 그러나 최악의 경우 ru의 압축 크기가 ro의 압축 크기보다 상당히 더 큰 경우 하나의 레코드 크기보다 더 작은 여유공간이 남게 되고 이 경우에는 페이지 분할이 필요하다.
압축해제부(120)는 압축된 페이지 내 데이터에 접근하고자 하는 경우에 압축된 페이지를 원래 크기의 페이지로 압축 해제한 후 버퍼(150)에 저장한다.
특정 압축 페이지를 자주 사용하는 경우에 압축 해제하는 횟수를 줄이기 위해, 버퍼(150)는 해당 페이지의 압축 버전 및 비압축 버전을 모두 저장한다. 즉 압축된 페이지와 비압축된 페이지가 모두 버퍼에 존재하며, 변경사항은 두 페이지에 동시에 적용된다.
도 2는 본 발명에 따른 데이터베이스 압축 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 데이터베이스 관리 장치(이하 '장치')는 삽입 레코드(또는 갱신 레코드 등)을 수신하면, 비압축 페이지에 삽입 레코드를 삽입할 충분한 여유공간이 존재하는지 파악한다(S200). 비압축 페이지의 여유공간의 크기가 삽입 레코드의 크기보다 작으면 레코드를 삽입할 수 없으므로, 장치는 페이지 분할을 수행한 후 다시 압축하는 과정을 수행한다(S260).
반면, 레코드 삽입을 위한 충분한 여유공간이 비압축 페이지에 존재하는 경우에, 페이지에 저장될 수 있는 레코드 수를 한정함으로써 압축 페이지 내에 여유공간을 확보한다. 즉, 장치는 페이지 내 레코드 수가 기 설정된 임계값을 초과하면(S210), 페이지를 분할하고 다시 압축하는 과정을 수행한다(S260). 여기서 임계값은 초기에 최대 정수값으로 설정된 후 능동적으로 변경된다. 임계값은 테이블마다 각각 다르게 설정될 수 있다.
장래 갱신 레코드 크기가 현 레코드 크기보다 더 클 수 있기 때문에, 장치는 압축 페이지의 여유공간의 크기와 최대 레코드 크기를 비교한다(S220). 압축 페이지의 여유공간의 크기가 최대 레코드 크기 이상이면 레코드를 압축 페이지 및 비압축 페이지에게 각각 삽입한다(S250).
만약 압축 페이지의 여유공간의 크기가 최대 레코드 크기보다 작은 경우에(S220), 장치는 페이지를 재구성하고 재압축한다(S230). 재압축 페이지의 여유공간 크기와 삽입 레코드의 크기 차이가 최대 레코드 크기 이상이면, 장치는 레코드를 압축 페이지 및 비압축 페이지에게 각각 삽입한다(S250). 반면, 재압축 페이지의 여유공간 크기와 삽입 레코드의 크기 차이가 최대 레코드 크기보다 작으면(S240), 장치는 페이지 내 레코드 수에서 1을 차감한 값으로 임계값을 변경하고(S270), 페이지 분할을 수행한 후 다시 압축한다(S280).
도 3은 본 발명에 따른 데이터베이스 압축 방법의 다른 일 예를 도시한 흐름도이다. 도 3은 특히 페이지를 너무 조밀하게 병합하지 않도록 함으로써 데이터베이스 압축 과정에서의 페이지 분할을 줄일 수 있는 방법을 제공한다.
도 3을 참조하면, 두 개의 비압축 페이지 중에서 여유공간의 크기가 큰 페이지를 제1 페이지라고 하고 크기가 작은 페이지를 제2 페이지라고 할 때, 장치는 제1 페이지의 비압축 버전의 여유공간의 크기와 제2 페이지의 비압축 버전의 사용 공간의 크기 차를 계산한다(S300).
크기 차가 최대 레코드 크기보다 작으면(S310), 페이지 병합(merge)을 수행하지 않는다. 반면, 크기 차가 최대 레코드 크기 이상이면(S310), 장치는 제1 페이지 레코드의 레코드 수와 제2 페이지의 레코드 수의 합을 파악하고(S320), 레코드 수의 합과 기 설정된 임계값을 비교한다(S330).
레코드 수의 합이 임계값보다 크면 병합을 수행하지 아니하고, 레코드 수의 합이 임계값 이하이면, 장치는 두 페이지의 병합을 수행한다(S340).
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 다양한 형태의 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 페이지의 압축 버전인 압축 페이지와 비압축 버전인 비압축 페이지에 레코드를 삽입하기 위한 데이터베이스 압축 방법에 있어서,
    삽입 레코드의 크기와 비압축 페이지의 여유공간의 크기를 비교하는 단계;
    페이지 내 레코드 수와 임계값을 비교하는 단계;
    상기 삽입 레코드의 크기가 상기 비압축 페이지의 여유공간의 크기 이하이고, 상기 페이지 내 레코드 수가 상기 임계값 이하이며, 압축 페이지의 여유공간의 크기가 최대 레코드 크기보다 작으면, 상기 페이지를 재구성하고 재압축하는 단계;
    상기 재압축된 페이지의 여유공간의 크기와 상기 삽입 레코드의 크기 차이가 상기 최대 레코드 크기보다 작으면, 상기 임계값을 상기 페이지 내 레코드 수에서 1을 차감한 값으로 변경하고 페이지 분할을 수행하는 단계; 및
    상기 압축 페이지의 여유공간의 크기가 상기 최대 레코드의 크기 이상이거나, 상기 재압축 페이지의 여유공간의 크기와 상기 삽입 레코드의 크기 차이가 상기 최대 레코드 크기 이상이면, 상기 삽입 레코드를 상기 비압축 페이지 및 상기 압축 페이지에 각각 삽입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터베이스 압축 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 삽입 레코드의 크기가 상기 비압축 페이지의 여유공간의 크기보다 크거나, 상기 페이지 내 레코드 수가 상기 임계값 보다 크면, 페이지 분할을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 데이터베이스 압축 방법.
  3. 두 개의 비압축 페이지 중에서 여유공간의 크기가 큰 페이지를 제1 페이지라고 하고 크기가 작은 페이지를 제2 페이지라고 할 때, 제1 페이지의 비압축 버전의 여유공간의 크기와 제2 페이지의 비압축 버전의 사용공간의 크기 차를 구하는 단계;
    상기 크기 차가 최대 레코드 크기보다 크면, 상기 제1 페이지의 레코드 수와 상기 제2 페이지의 레코드 수의 합을 구하는 단계; 및
    상기 레코드 수의 합이 기 설정된 임계값 이하이면, 상기 제1 페이지와 상기 제2 페이지를 병합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터베이스 압축 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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