8.1 디스크 읽기 방식

디스크 읽기 방식

데이터베이스의 성능 튜닝은 어떻게 디스크 I/O를 줄이느냐가 관건일 때가 상당히 많다.

하드 디스크 드라이브(HDD)와 솔리드 스테이트 드라이브(SSD)

컴퓨터에서 CPU나 메모리 같은 주요 장치는 대부분 전자식 장치지만 하드 디스크 드라이브는 기계식 장치다.
그래서 데이터베이스 서버에서는 항상 디스크 장치가 병목이 된다.

HDD

• 헤드 : 데이터를 읽어주는 역할
• 플래터 : 실제로 데이터가 저장되는 곳
• 스핀들 : 플래터를 돌려주는 역할
• actuator : 헤드가 플래터 위 데이터를 read/write 하기 위해서 헤드를 좌우로 이동시

=> 플래터에 데이터가 저장되며 스핀들이 플래터를 돌리며 헤드가 데이터를 읽는다.

플래터의 세부 구조

• 섹터
  • 하드디스크의 가장 작은 저장 단위
  • 하나의 섹터에는 한 덩어리의 데이터가 저장되고 이들이 모여 플래터가 됨.
  • 일반적으로 512바이트
  • 한 섹터에는 하나의 파일만 저장 가능
  • 하나의 파일이 100바이트라고 하면 남은 412바이트는 낭비
• 클러스터
  • 섹터의 묶음
  • 데이터를 저장하기에 하나의 섹터가 모자랄 수 있으므로 연속된 섹터에 데이터 저장.
  • 데이터를 저장하려면 5개의 섹터가 필요한데 3개의 섹터만 연속되어 있다면 2개는 따로 있는 빈공간에 분산해서 저장해야한다. 이런 작업이 쌓이면 분산된 곳에서 데이터를 불러와야 하기 때문에 속도가 느려짐. => 디스크 조각모음이라는 기능을 추가해서 분산된 섹터를 모아서 이어 붙여줌.
• 트랙
  • 섹터와 클러스터의 모음
• 실린더
  • 트랙의 묶음

SSD

• SSD는 HDD에서 플래터를 제거하고 그 대신 플래시 메모리를 장착하고 있다. 그래서 디스크 원판을 기계적으로 회전시킬 필요가 없으므로 아주 빨리 데이터를 읽고 쓸 수 있다.
• 플래시 메모리는 전원이 공급되지 않아도 데이터가 삭제되지 않는다.
• 컴퓨터의 메모리(D-RAM)보다는 느리지만, HDD보다는 훨씬 빠르다.

SSD의 세부 구조

SSD는 크게 컨트롤러와 플래시 메모리 두 부분으로 구성된다.
사용자의 요청은 호스트 인터페이스를 통해 SSD에 전달된다.
그 후엔 컨트롤러의 프로세서가 플래시 컨트롤러로 정보를 전달한다.
SSD는 자체적으로 내장된 메모리를 가지는데, 주소 매핑 정보를 저장하거나 캐시의 용도로 사용된다.

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디스크의 헤더를 움직이지 않고 한 번에 많은 데이터를 읽는 순차 I/O에서는 SSD가 HDD보다 조금 빠르거나 거의 비슷한 성능을 보인다.
하지만 SSD의 장점은 HDD보다 랜덤 I/O가 훨씬 빠르다는 것이다.
데이터베이스 서버에서 순차 I/O 작업은 그다지 비중이 크지 않고 랜덤 I/O를 통해 작은 데이터를 읽고 쓰는 작업이 대부분이므로 SSD의 장점은 DBMS용 스토리지에 최적이라고 볼 수 있다.

HDD와 SSD의 성능 차이

DBMS는 버퍼풀이라는 캐시가 있기 때문에, 버퍼의 용량이 적으면 압도적으로 SSD가 SELECT하는데 빠르지만, BUFFER 사이즈가 커지면 커질수록 캐싱이 되기 때문에 무조건 SSD로 바꾸면 다이나믹하게 성능이 바낀다고는 할 수 없을 것 같다.

그러나 일반적으론 SSD가 HDD에 비해 RANDOM I/O는 성능차이가 많은 것으로 보여진다.

랜덤 I/O와 순차 I/O

순차 I/O는 3개의 페이지를 디스크에 기록하기 위해 1번 시스템 콜을 요청했지만, 랜덤 I/O는 3개의 페이지를 디스크에 기록하기 위해 3번 시스템 콜을 요청한다.
즉 디스크에 기록해야 할 위치를 찾기 위해 순차 I/O는 디스크의 헤드를 1번 움직였고, 랜덤 I/O는 디스크 헤드를 3번 움직였다.
디스크에 데이터를 쓰고 읽는 데 걸리는 시간은 디스크 헤더를 움직여서 읽고 쓸 위치로 옮기는 단계에서 결정.
즉, 디스크의 성능은 디스크 헤더의 위치 이동 없이 얼마나 많은 데이터를 한 번에 기록하느냐에 결정.


SSD는 디스크 원판을 가지지 않아서 랜덤I/O와 순차I/O의 차이가 없을 것으로 예측되지만, SSD에서도 랜덤I/O가 전체 성능이 떨어진다.
쿼리를 튜닝해서 랜덤I/O를 순차I/O로 바꿔서 실행할 방법은 많지않다.
일반적으로 쿼리를 튜닝하는 것은 랜덤I/O자체를 줄여주는 것이 목적이다.
랜덤 I/O를 줄인다는 것은 쿼리를 처리하는데 꼭 필요한 데이터만 읽도록 쿼리를 개선하는 것!!

인덱스 레인지 스캔은 데이터를 읽기 위해 주로 랜덤 I/O를 사용하며, 풀 테이블 스캔은 순차 I/O를 사용한다.
그래서 큰 테이블의 레코드 대부분을 읽는 작업에서는 인덱스를 사용하지 않고 풀테이블 스캔을 사용하도록 유도할 때도 있다.