InnoDB 스토리지 엔진 아키텍처
MySQL의 스토리지 엔진 가운데 가장 많이 사용되는 InnoDB 스토리지 엔진을 살펴보자.
InnoDB는 MySQL에서 사용할 수 있는 스토리지 엔진 중 거의 유일하게 레코드 기반의 잠금을 제공하며, 이 때문에 높은 동시성 처리가 가능하고 안정적이며 성능이 뛰어나다.
다음은 InnoDB 스토리지 엔진의 주요 특징이다.
프라이머리 키에 의한 클러스터링
InnoDB의 모든 테이블은 기본적으로 프라이머리 키를 기준으로 클러스터링되어 저장된다. 즉, 프라이머리 키 값의 순서대로 디스크에 저장된다는 뜻이며, 모든 세컨더리 인덱스는 레코드의 주소 대신 프라이머리 키의 값을 논리적인 주소로 사용한다. 프라이머리 키가 클러스터링 인덱스이기 때문에 프라이머리 키를 이용한 레인지 스캔은 상당히 빨리 처리될 수 있다.
InnoDB 스토리지 엔진과는 달리 MyISAM 스토리지 엔진에서는 클러스터링 키를 지원하지 않는다. 그래서 MyISAM 테이블에서는 프라이머리 키와 세컨더리 인덱스는 구조적으로 아무런 차이가 없다. 프라이머리 키는 유니크 제약을 가진 세컨더리 인덱스일 뿐이다.
외래키 지원
외래 키 지원은 InnoDB 스토리지 엔진 레벨에서 지원하는 기능으로 MyISAM, MEMORY 테이블에서는 사용할 수 없다. 외래 키는 데이터베이스 서버 운영의 불편함때문에 서비스용 데이터베이스에서는 생성하지 않는 경우도 자주 있는데, 그렇다 하더라도 개발 환경의 데이터베이스에서는 좋은 가이드 역할을 할 수 있다. InnoDB에서 외래키는 부모 테이블과 자식 테이블에 모두 해당 칼럼에 인덱스 생성이 필요하고, 변경 시에는 반드시 부모 테이블이나 자식 테이블에 데이터가 있는지 테크하는 작업이 필요하므로 잠금이 여러 테이블로 전파되고, 그로 인해 데드락이 발생할 때가 많으므로 개발할 때도 외래키의 존재에 주의하는 것이 좋다.
MVCC(Multi Version Concurrency Control)
일반적으로 레코드 레벨의 트랜잭션을 지원하는 DBMS가 제공하는 기능이며, MVCC의 가장 큰 목적은 잠금을 사용하지 않는 일관된 읽기를 제공하는 데 있다. InnoDB는 Undo log를 이용해 이 기능을 구현한다. 멀티 버전은 하나의 레코드에 대해 여러 개의 버전이 동시에 관리된다는 의미이다. 격리 수준에 따라 하나의 레코드에 대해 여러 버전이 유지되고, 필요에 따라 어느 데이터가 보여지는지 여러 가지 상황에 따라 달라지는 구조다.
잠금 없는 일관된 읽기(Non-Locking Consistent Read)
InnoDB 스토리지 엔진은 MVCC 기술을 이용해 잠금을 걸지 않고 읽기 작업을 수행한다. 잠금을 걸지 않기 때문에 InnoDB에서 읽기 작업은 다른 트랜잭션이 가지고 있는 잠금을 기다리지 않고, 읽기 작업이 가능하다. 격리 수준이 SERIALIZABLE이 아닌 수준인 경우 INSERT와 연결되지 않은 순수한 읽기(SELECT) 작업은 다른 트랜잭션의 변경 작업과 관계없이 항상 잠금을 대기하지 않고 바로 실행된다. 특정 사용자가 레코드를 변경하고 아직 커밋을 수행하지 않았다 하더라도 이 변경 트랜잭션이 다른 사용자의 SELECT 작업을 방해하지 않는다. 이 과정을 '잠금 없는 일관된 읽기'라고 표현한다.
자동 데드락 감지
InnoDB 스토리지 엔진은 내부적으로 잠금이 교착 상태에 빠지지 않았는지 체크하기 위해 잠금 대기 목록을 그래프(Wait-for List) 형태로 관리한다. InnoDB 스토리지 엔진은 데드락 감지 스레드를 가지고 있어서 데드락 감지 스레드가 주기적으로 잠금 대기 그래프를 검사해 교착 상태에 빠진 트랜잭션을 찾아서 그 중 하나를 강제 종료한다. 이때 어느 트랜잭션을 먼저 강제 종료할 것인지를 판단하는 기준은 트랜잭션의 언두 로그 양이며, 언두 로그 레코드를 더 적게 가진 트랜잭션이 일반적으로 롤백의 대상이 된다. 트랜잭션이 언두 레코드를 적게 가졌다는 이야기는 롤백을 해도 언두 처리를 해야 할 내용이 적다는 것이며, 트랜잭션 강제 롤백으로 인한 MySQL 서버의 부하도 덜 유발하기 때문이다.
자동화된 장애 복구
InnoDB에는 손실이나 장애로부터 데이터를 보호하기 위한 여러 가지 메커니즘이 탑재돼 있다. 그러한 메커니즘을 이용해 MySQL 서버가 시작될 때 완료되지 못한 트랜잭션이나 디스크에 일부만 기록된 데이터 페이지 등에 대한 일련의 복구 작업이 자동으로 진행된다. InnoDB 스토리지 엔진은 디스크나 서버 하드웨어 이슈로 자동 복구를 못하는 경우도 발생할 수 있는데, 일단 한번 문제가 생기면 복구하기 쉽지 않다. InnoDB 데이터 파일은 기본적으로 MySQL 서버가 시작될 때 항상 자동으로 복구를 수행한다. 이 단계에서 자동으로 복구될 수 없는 손상이 있다면 자동 복구를 멈추고 MySQL 서버는 종료돼 버린다.
InnoDB 버퍼 풀
InnoDB 스토리지 엔진에서 가장 핵심적인 부분으로, 디스크의 데이터 파일이나 인덱스 정보를 메모리에 캐시해 두는 공간이다. 쓰기 작업을 지연시켜 일괄 작업으로 처리할 수 있게 해주는 버퍼 역할도 같이 한다. 일반적인 애플리케이션에서는 INSERT, UPDATE, DELETE처럼 데이터를 변경하는 쿼리는 데이터 파일의 이곳저곳에 위치한 레코드를 변경하기 때문에 랜덤한 디스크 작업을 발생시킨다. 하지만 버퍼 풀의 이러한 변경된 데이터를 모아서 처리하면 랜덤한 디스크 작업의 횟수를 줄일 수 있다.
버퍼 풀의 크기 설정
일반적으로 전체 물리 메모리의 80% 정도를 InnoDB의 버퍼 풀로 설정하라는 내용의 게시물도 있는데, 그렇게 단순하게 설정해서 되는 값은 아니며, 운영체제와 각 클라이언트 스레드가 사용할 메모리도 충분히 고려해서 설정해야 한다. MySQL 서버 내에서 메모리를 필요로 하는 부분은 크게 없지만 아주 독특한 경우 레코드 버퍼가 상당한 메모리를 사용하기도 한다.
운영체제의 전체 메모리 공간이 8GB 미만이라면 50% 정도만 InnoDB 버퍼 풀로 설정하고 나머지 메모리 공간은 MySQL 서버와 운영체제, 그리고 다른 프로그램이 사용할 수 았는 공간으로 확보해주는 것이 좋다. 전체 메모리 공간이 그 이상이라면 InnoDB 버퍼 풀의 크기를 전체 메모리의 50%에서 시작해서 조금씩 올라가면서 최적점을 찾는다.
