SQL 전문가 가이드 (2013년)
옵티마이저와 실행계획 0 0 7,495

by 김정식 옵티마이저 Optimizer RBO CBO [2018.07.28]


1.옵티마이저

  • 옵티마이저는 사용자가 질의한 SQL문에 대해 최적의 실행 방법을 결정하는 역할을 수행한다.
  • 옵티마이저가 선택한 실행 방법의 적절성 여부는 질의 수행 속도에 가장 큰 영향을 미치게된다.
  • 옵티마이저가 최적의 살행 방법을 결정하는 방식에는 규칙기반(RBO, Rule Based Optimizer)와 비용기반(CBO, Cost Based Optimizer)로 구분한다.
  • 현재는 비용기반(CBO) 위주로 신규 기능에 지원되고, 규칙기반(RBO) 에서는 신규 기능에 대해서 지원하지않는다.

가. 규칙기반 옵티마이저

  • 규칙기반 옵티마이저가 실행계획을 생성할 때 참조하는 정보에는 SQL문을 실행하기 위해서 이용 가능한 인덱스 유무와(유일, 비유일, 단일, 복합 인덱스) 종류, SQL문 에서 사용하는 연산자(=, <, <>, LIKE, BETWEEN 등)의 종류 그리고 SQL문에서 참조하는 객체(힙, 테이블, 클러스터 테이블 등)의 종류 등이 있다.
순위액세스경로설명
1Single Row By RowidROWID에 의한 단일 로우
2Single Row By Cluster Join클러스터 조인에 의한 단일 로우
3Single Row By Hash Cluster Key whit Unique or Primary Key유일하거나 PK를 가진 해시 클러스터키에 의한 단일 로우
4Single Row By Unique or Primary Key유일하거나 PK에 의한 단일 로우
5Clustered Join클러스터 조인
6Hash Cluster Key해시 클러스터 키
7Indexed Cluster Key인덱스 클러스터 키
8Composite Index복합 컬럼 인덱스
9Single-Column Indexes단일 컬럼 인덱스
10Bounded Range Search on Indexed Columns인덱스기 구성된 컬럼에서 제한된 범위 검색
11Unbounded Range Search on Indexed Columns인덱스가 구성된 컬럼에서 무제한 범위 검색
12Sort Merge Join정렬-병합 조인
13MAX or MIN of Indexed Column인덱스가 구성된 열에서 MAX 또는 MIN
14ORDER BY on Indexed Column인덱스가 구성된 열에서 ORDER BY
15Full Tabel Scan풀 테이블 스캔
  • Oracle의 규칙기반 옵티마이저 15가지 규칙 숫자가 낮을수록 높은 우선순위
  • 위 15가지 규칙중 주요한 규칙에 대해서 상세한 설명
  • 규칙 1. Single row by rowid
    • ROWID를 통해서 테이블에서 하나의 행을 액세스하는 방식이다.
    • ROWID는 행이 포함된 데이터 파일, 블록 등의 정보를 가지고 있기 때문에 다른 정보를 참조하지 않고도 바로 원하는 행을 액세스할 수 있다.
    • 하나의 행을 액세스하는 가장 빠른 방법이다.
  • 규칙 4. Single row by unique or primary key
    • 유일 인덱스(Unique Index)를 통해서 하나의 행을 액세스하는 방식이다.
    • 이 방식은 인덱스를 먼저 액세스하고 인덱스에 존재하는 ROWID를 추출하여 테이블의 행을 액세스한다.
  • 규칙 8. Composite index : 복합 인덱스에 동등('=' 연산자) 조건으로 검색하는 경우이다.
    • 예를 들어, 만약 A+B 칼럼으로 복합 인덱스가 생성되어 있고, 조건절에서 WHERE A=10 AND B=1 형태로 검색하는 방식이다.
    • 복합 인덱스 사이의 우선 순위 규칙은 다음과 같다. 인덱스 구성 칼럼의 개수가 더 많고 해당 인덱스의 모든 구성 칼럼에 대해 '='로 값이 주어질 수록 우선순위가 더 높다.
    • 예를 들어, A+B로 구성된 인덱스와 A+B+C로 구성된 인덱스가 각각 존재하고 조건절에서 A, B, C 칼럼 모두에 대해 '='로 값이 주어진다면 A+B+C 인덱스가 우선 순위가 높다.
    • 만약 조건절에서 A, B 칼럼에만 '='로 값이 주어진다면 A+B는 인덱스의 모든 구성 칼럼에 대해 값이 주어지고 A+B+C 인덱스 입장에서는 인덱스의 일부 칼럼에 대해서만 값이 주어졌기 때문에 A+B 인덱스가 우선 순위가 높게 된다.
  • 규칙 9. Single column index
    • 단일 칼럼 인덱스에 '=' 조건으로 검색하는 경우이다. 만약 A 칼럼에 단일 칼럼 인덱스가 생성되어 있고, 조건절에서 A=10 형태로 검색하는 방식이다.
  • 규칙 10. Bounded range search on indexed columns
    • 인덱스가 생성되어 있는 칼럼에 양쪽 범위를 한정하는 형태로 검색하는 방식이다.
    • 이러한 연산자에는 BETWEEN, LIKE 등이 있다. 만약 A 칼럼에 인덱스가 생성되어 있고, A BETWEEN '10' AND '20' 또는 A LIKE '1%' 형태로 검색하는 방식이다.
  • 규칙 11. Unbounded range search on indexed columns
    • 인덱스가 생성되어 있는 칼럼에 한쪽 범위만 한정하는 형태로 검색하는 방식이다.
    • 이러한 연산자에는 >, >=, <, <= 등이 있다. 만약 A 칼럼에 인덱스가 생성되어 있고, A > '10' 또는 A < '20' 형태로 검색하는 방식이다.
  • 규칙 15. Full table scan : 전체 테이블을 액세스하면서 조건절에 주어진 조건을 만족하는 행만을 결과로 추출한다.
  • 규칙기반은 인덱스를 이용한 액세스 방식이 전체 테이블 액세스 방식보다 우선순위가높다.
  • 그러므로 규칙기반 에서는 SQL문에서 이용 가능한 인덱스가 존재하다면 전체 테이블 액세스 방식보다 항상 인덱스를 사용하는 실행계획을 생성하게된다.
  • 규칙기반 옵티마이저가 조인 순서를 결정할 때는 조인 칼럼 인덱스의 존재 유무가 중요한 판단기준이다.
규칙기반 최적화

INDEX
-----
EMP_JOB : JOB 
EMP_SAL : SAL 
PK_EMP : EMPNO (UNIQUE)

존재해야된다고해서
job, sal 은 인덱스가 존재하지않아서 생성

CREATE INDEX JOB ON EMP
(JOB)

CREATE INDEX SAL ON EMP
(SAL)

-- 예제형태(규칙10) --
select  ename
  from EMP
 where job='SALESMAN'
  and sal between 3000 and 6000

------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |      |       |       |     2 (100)|          |
|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| EMP  |     1 |    18 |     2   (0)| 00:00:01 |
|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | SAL  |     3 |       |     1   (0)| 00:00:01 |
------------------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   1 - filter("JOB"='SALESMAN')
   2 - access("SAL">=3000 AND "SAL"<=6000)


-- sal 에 to_number로(규칙9) --
select  ename
  from EMP
 where job='SALESMAN'
   and to_number(sal) between 3000 and 6000

------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                   | Name | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT            |      |       |       |     2 (100)|          |
|*  1 |  TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| EMP  |     1 |    18 |     2   (0)| 00:00:01 |
|*  2 |   INDEX RANGE SCAN          | JOB  |     3 |       |     1   (0)| 00:00:01 |
------------------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   1 - filter((TO_NUMBER(TO_CHAR("SAL"))>=3000 AND 
              TO_NUMBER(TO_CHAR("SAL"))<=6000))
   2 - access("JOB"='SALESMAN')


나. 비용기반 옵티마이저

  • 규칙기반은 어떠한 정해진(연산자) 규칙에 따라 만들어졌을때 BETWEEN 의 현실적인 데이터의 건수 등을 측정을 예측하지못한다.
  • 비용기만은 이러한 단점을 극복하기위해 출현하였다.
  • 비용기반은 SQL문을 처리하는데 필요한 비용이 가장 적은 실행계획을 선택하는 방식이다.
  • 비용이란 SQL문을 처리하기 위해 예상되는 소유시간 또는 자원 사용량을 의미한다.
  • 비용기반은 테이블, 인덱스, 칼럼 등의 다양한 객체 통계정보와 시스템 통계정보 등을 이용한다.
  • 비용기반은 통계정보가 없는 경우 불확실한 실행계획을 생성 할 수 있으므로 정확한 통계정보를 유지하는것이 중요한 요소이다.

  • 질의변환기는 사용자가 작성 SQL문을 처리하기에 보다 용이한 형태로 변환하는 모듈
  • 대안생성기는 동일한 결과를 생성하는 다양한 대안 계획을 생성하는 모듈
    • 대안계획은 연산 적용순서변경, 연산방법변경, 조인순서변경 등을 통해 생성
    • 동일한 결과를 생성하는 가능한 모든 대안 계획을 생성해야 보다 나은 최적화를 수행
    • 대안계획을 생성이 너무 많아지면 최적화 하는 수행시간이 그만큼 오래 걸릴 수 있다.
  • 비용예측기는 대안 계획생성기에 의해 생성된 대안 계획의 비용을 예측하는 모듈
    • 대안계획의 정확한 비용을 예측하기 위해서 연산의 중간 집합의 크기 및 결과 집합의 크기, 분포도등의 예측이 정확해야한다.
    • 대안계획을 구성하는 각 연산에 대한 비용 계산식이 정확해야한다.
  • 비용기반은 통계정보, DBMS버전 , DBMS설정(PARAMETER) 의해 동일한 SQL 실행계획이 틀어질 수 있다.
  • 비용기반은 다양한 한계(BIND변수)들로 인해 실행계획의 예측 및 제어가 어렵다라는 단점이 존재

2. 실행계획

  • 실행계획이라는 SQL에서 요구한 사항을 처리하기 위한 절차와 방법을 의미한다.
  • 실행계획생성한다는 것은 SQL을 어떤 순서로 어떻게 실행할 지를 결정하는 작업이다.
  • 실행계획은 데이터베이스 벤더마다 서로 다르다.
  • 실행계획에서 표시되는 내용 및 형태도 약간씩 차이는 있지만 실행계획이 SQL 처리를 위한 절차와 방법을 의미한다는 기본적인 사항은 모두 동일하다
  • 하단은 Oracle 실행계획 형태이다. 실행계획은 구성하는 요소는 조인순서, 조인기법, 액세스 기법, 최적화 정보, 연산등이있다.

조인작업 수행 할 때 참조하는 테이블순서
  • FROM 절 A,B 두개의 테이블이 존재할 때 조인 작업을 위해 먼저 A 테이블을 읽고 B 테이블을 읽는 작업을 수행한다면 조인 순서는 A -> B이다.
  • 조인순서는 EMP -> DEPT이다.
  • 조인기법은 NL JOIN, HASH JOIN, SORT JOIN, MERGE JOIN 등이 있다.
  • 액세스기법은 인덱스를 이용하여 테이블을 액세스하는 인덱스 스캔과 테이블 전체를 모두 읽으면서 조건을 만족하는 행을 찾는 전체테이블스캔이있다.
  • 최적화 정보는 옵티마이저가 실행계획의 각 단계마다 예상되는 비용을 표시 한것이다.
  • 최적화 정보에는 COST(상대적비용), CARD(주어진조건을 만족한 결과 집합 혹은 조인 조건을 만족한 결과 집합건수), BYTES(결과집합이 차지하는 메모리양)가 있다.
  • 연산은 여러가지 조작을 통해서 워ㅓㅜㄴ하는 결과를 얻어내는 일련의 작업이다.
  • 연산에는 조인기법, 액세스 기법, 필터, 정렬, 집계, 뷰 등 다양한 종류가 존재한다.
조인기법예제

 SELECT *
   FROM EMP A, DEPT B
  WHERE A.DEPTNO = B.DEPTNO

----------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                    | Name    | Rows  | Bytes | Cost (%CPU)| Time     |
----------------------------------------------------------------------------------------
|   0 | SELECT STATEMENT             |         |       |       |     4 (100)|          |
|   1 |  NESTED LOOPS                |         |    14 |   798 |     4   (0)| 00:00:01 |
|   2 |   TABLE ACCESS FULL          | EMP     |    14 |   518 |     3   (0)| 00:00:01 |
|   3 |   TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| DEPT    |     1 |    20 |     1   (0)| 00:00:01 |
|*  4 |    INDEX UNIQUE SCAN         | PK_DEPT |     1 |       |     0   (0)|          |
----------------------------------------------------------------------------------------
 
Query Block Name / Object Alias (identified by operation id):
-------------------------------------------------------------
 
   1 - SEL$1
   2 - SEL$1 / A@SEL$1
   3 - SEL$1 / B@SEL$1
   4 - SEL$1 / B@SEL$1
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   4 - access("A"."DEPTNO"="B"."DEPTNO")
 
Column Projection Information (identified by operation id):
-----------------------------------------------------------
 
   1 - "A"."EMPNO"[NUMBER,22], "A"."ENAME"[VARCHAR2,10], "A"."JOB"[VARCHAR2,9], 
       "A"."MGR"[NUMBER,22], "A"."HIREDATE"[DATE,7], "A"."SAL"[NUMBER,22], 
       "A"."COMM"[NUMBER,22], "A"."DEPTNO"[NUMBER,22], "B"."DEPTNO"[NUMBER,22], 
       "B"."DNAME"[VARCHAR2,14], "B"."LOC"[VARCHAR2,13]
   2 - "A"."EMPNO"[NUMBER,22], "A"."ENAME"[VARCHAR2,10], "A"."JOB"[VARCHAR2,9], 
       "A"."MGR"[NUMBER,22], "A"."HIREDATE"[DATE,7], "A"."SAL"[NUMBER,22], 
       "A"."COMM"[NUMBER,22], "A"."DEPTNO"[NUMBER,22]
   3 - "B"."DEPTNO"[NUMBER,22], "B"."DNAME"[VARCHAR2,14], "B"."LOC"[VARCHAR2,13]
   4 - "B".ROWID[ROWID,10], "B"."DEPTNO"[NUMBER,22]


3.SQL 처리 흐름도

  • SQL 처리 흐름도란 SQL의 내부적인 처리 절차를 시각적으로 표현한 도표이다.
  • 조인순서는 TAB1 -> TAB2
  • TAB1을 Outer Table 또는 Driving Table이라고 하고, TAB2를 Inner Table또는 Lookup Talbe이라고 한다
  • 테이블 액세스 방법은 TAB1은 전체 테이블 스캔을 의미하고 TAB2는 I01_TAB2이라는 인덱스를 통한 인덱스 스캔을 했음을 표시한다.
  • 조인방법은 NL Join 을 수행 했음을 표시한다.
  • TAB1에 대한 액세스는 스캔 방식이고 조인시도 및 I01_TAB2 인덱스를 통한 TAB 액세스는 랜덤 방식이다.
  • 대량의 데이터를 랜덤방식으로 액세스 하면 많은 I/O가 발생하여 성능은 저하된다.
SQL 처리 흐름도


-- 1번
 SELECT *
   FROM EMP A, DEPT B
  WHERE A.DEPTNO = B.DEPTNO
    AND A.JOB='SALESMAN'

--------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                    | Name    | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
--------------------------------------------------------------------------------------------------
|   1 |  NESTED LOOPS                |         |      1 |      3 |      4 |00:00:00.01 |      14 |
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL          | EMP     |      1 |      3 |      4 |00:00:00.01 |       8 |
|   3 |   TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| DEPT    |      4 |      1 |      4 |00:00:00.01 |       6 |
|*  4 |    INDEX UNIQUE SCAN         | PK_DEPT |      4 |      1 |      4 |00:00:00.01 |       2 |
--------------------------------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   2 - filter("A"."JOB"='SALESMAN')
   4 - access("A"."DEPTNO"="B"."DEPTNO")


-- 2번
 SELECT *
   FROM EMP A, DEPT B
  WHERE A.DEPTNO = B.DEPTNO
    AND A.JOB='SALESMAN'
    AND b.DNAME = 'SALES'

--------------------------------------------------------------------------------------------------
| Id  | Operation                    | Name    | Starts | E-Rows | A-Rows |   A-Time   | Buffers |
--------------------------------------------------------------------------------------------------
|   1 |  NESTED LOOPS                |         |      1 |      1 |      4 |00:00:00.01 |      14 |
|*  2 |   TABLE ACCESS FULL          | EMP     |      1 |      3 |      4 |00:00:00.01 |       8 |
|*  3 |   TABLE ACCESS BY INDEX ROWID| DEPT    |      4 |      1 |      4 |00:00:00.01 |       6 |
|*  4 |    INDEX UNIQUE SCAN         | PK_DEPT |      4 |      1 |      4 |00:00:00.01 |       2 |
--------------------------------------------------------------------------------------------------
 
Predicate Information (identified by operation id):
---------------------------------------------------
 
   2 - filter("A"."JOB"='SALESMAN')
   3 - filter("B"."DNAME"='SALES')
   4 - access("A"."DEPTNO"="B"."DEPTNO")

-- 책에서 설명한 내용은 이해가안됨(말이너무어렵게설명되어있슴)


  • 조건절의 있는 조건을 읽은후 조인시도를 한다.
  • 조건절의 건수만큼 조인시도는 일어난다.
  • 이유는 B.DEPTNO 는 인덱스 이므로 EMP 에서 읽어들인 건수만큼만 DEPT와 조인시도가 이뤄진다.

- 강좌 URL : http://www.gurubee.net/lecture/2386

- 구루비 강좌는 개인의 학습용으로만 사용 할 수 있으며, 다른 웹 페이지에 게재할 경우에는 출처를 꼭 밝혀 주시면 고맙겠습니다.~^^

- 구루비 강좌는 서비스 제공을 위한 목적이나, 학원 홍보, 수익을 얻기 위한 용도로 사용 할 수 없습니다.

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