테이블스페이스 정의 및 구조

테이블스페이스 정의 및 구조

본 절에서는 테이블스페이스가 무엇인지 살펴본다. 또한, 테이블스페이스와 데이터베이스의 관계를 알아보고, 디스크 테이블스페이스, 메모리 테이블스페이스, 휘발성 테이블스페이스들이 각각 어떤 구조를 갖고 있는지 설명한다.

테이블스페이스의 정의

테이블스페이스는 테이블, 인덱스 등의 데이터베이스 객체들이 저장되는 논리적인 저장소 (Storage)이다. 데이터베이스는 올바른 운영을 위해 기본적으로 하나 이상의 테이블스페이스를 필요로 한다. 시스템 테이블스페이스는 데이터베이스 생성 시 자동으로 생성된다. 그리고 사용자가 임의로 사용자 정의 테이블스페이스를 생성할 수 있다.

Altibase는 사용자 정의 테이블스페이스를 데이터베이스 객체가 디스크에 상주하는 디스크 테이블스페이스와 메모리에 상주하는 메모리 테이블스페이스, 메모리에 상주하면서 로깅을 하지 않는 휘발성 테이블스페이스로 구분해 지원한다. 따라서 사용자는 테이블스페이스에 저장되는 데이터의 특성에 따라 디스크, 메모리, 또는 휘발성 테이블스페이스 중에서 어떤 것을 사용할 것인지 결정할 수 있다.

예를 들어 이력 데이터와 같은 대용량 데이터를 위해서는 디스크 테이블스페이스가 적합하다. 또한 접근 빈도가 높은 소용량 데이터는 메모리 테이블스페이스를, 빠른 처리를 위한 임시 데이터 처리는 휘발성 테이블스페이스를 사용하는 것이 적합하다.

데이터베이스와 테이블스페이스의 관계

Altibase 데이터베이스 생성 시 4종류의 시스템 테이블스페이스 (시스템 딕셔너리 테이블스페이스, 시스템 데이터 테이블스페이스, 시스템 언두 테이블스페이스, 시스템 임시 테이블스페이스) 들이 자동으로 생성된다.

또한 사용자가 테이블스페이스가 필요할 경우 사용자 정의 테이블스페이스 (디스크, 메모리, 또는 휘발성 테이블스페이스)를 생성할 수 있다. 사용자 정의 테이블스페이스는 데이터 특성에 따라 디스크 또는 메모리에 선택적으로 생성할 수 있다.

[그림 6-1]은 데이터베이스와 테이블스페이스의 관계를 보여준다.

[그림 6‑1] 테이블스페이스와 데이터베이스의 관계

디스크 테이블스페이스 구조

디스크 테이블스페이스는 모든 데이터가 디스크 공간에 저장되는 테이블스페이스이다. 물리적으로는 데이터 파일로 구성되며, 논리적으로 세그먼트, 익스텐트 및 페이지로 구성된다.

물리적 구조

디스크 테이블스페이스는 데이터 파일, 세그먼트와 밀접한 관계를 갖는다. [그림 6-2]는 디스크 테이블스페이스와 데이터 파일 및 세그먼트의 연관 관계를 설명한다.

디스크 테이블스페이스, 데이터 파일 및 세그먼트는 다음과 같은 특징을 갖는다. 디스크 테이블스페이스는 하나 이상의 데이터 파일로 구성되며, 데이터 파일은 운영체제에서 제공되는 파일 형태로 존재한다. 세그먼트는 논리적으로 테이블스페이스에 저장되며, 물리적으로 데이터 파일에 저장된다. 세그먼트는 특정 디스크 테이블스페이스에 종속적이며, 세그먼트가 참조하는 세그먼트는 다른 디스크 테이블스페이스에 저장될 수 있다.

[그림 6‑2] 디스크 테이블스페이스, 데이터 파일, 세그먼트의 연관 관계

논리적 구조

디스크 테이블스페이스는 논리적으로 세그먼트, 익스텐트 및 페이지로 구성된다. 이들의 관계를 살펴보면 아래 그림과 같다.

[그림 6‑3] 디스크 테이블스페이스의 논리적 구조

• 세그먼트(Segment)

  세그먼트는 익스텐트의 집합으로 테이블스페이스 내의 모든 객체가 여기에 저장된다. 세그먼트는 테이블스페이스 내에서 테이블 또는 인덱스를 할당하는 단위이다. 하나의 테이블 또는 인덱스는 논리적으로 하나의 세그먼트로 볼 수 있다. Altibase에서 사용하는 세그먼트의 종류는 다음과 같다.

  [표 6‑1] 세그먼트 종류

  종 류	설 명
  Table 세그먼트	데이터베이스 안에 데이터를 저장하는 가장 기본적인 수단이다. 한 개의 테이블 세그먼트에는 파티션 되지 않은 테이블의 전체 데이터 또는 파티션드 테이블의 한 파티션의 전체 데이터가 저장될 수 있다. 테이블 생성 시 Altibase는 테이블스페이스에 테이블 세그먼트를 할당한다.
  Index 세그먼트	한 개의 인덱스 세그먼트에는 한 인덱스의 모든 데이터 또는 파티션드 인덱스의 한 파티션의 데이터가 저장될 수 있다. 인덱스 생성 시 Altibase는 테이블스페이스에 인덱스 세그먼트를 할당한다.
  Undo 세그먼트	데이터베이스의 변경을 발생시키는 트랜잭션에 의해 사용된다. Altibase는 테이블 또는 인덱스를 변경하기 전에 변경 전 값 (즉, before-image)을 언두 세그먼트에 저장해 두어, 트랜잭션 롤백시에 변경을 언두할 수 있다.
  TSS 세그먼트	Altibase 내부적으로 관리되는 TSS (Transaction Status Slot)를 관리하기 위한 세그먼트이며, 시스템 언두 테이블스페이스 내에 할당된다.

  각 세그먼트는 내부적으로 프리 (Free) 익스텐트 리스트와 풀 (Full) 익스텐트 리스트를 관리한다. 프리 익스텐트가 부족하면 테이블스페이스에 익스텐트 추가를 요청한다.

• 익스텐트(Extent)

  디스크 테이블스페이스에서 데이터 오브젝트를 저장하기 위해서 필요한 자원으로 연속된 여러 페이지를 할당하는 단위이다. 데이터를 저장할 때 저장 가능한 프리 페이지 (Free Page)가 부족하면, 테이블스페이스에서 익스텐트 단위로 페이지를 할당받는다.

  한 개의 익스텐트는 기본 64개의 페이지 (512KB)로 구성된다. Altibase는 테이블스페이스마다 익스텐트 크기를 다르게 정할 수 있도록 지원한다.

• 페이지(page)

  테이블과 인덱스의 레코드가 저장되는 최소 단위를 페이지라고 한다. 또한 I/O의 최소 단위이다. Altibase의 페이지 크기는 8KB이다. (Altibase는 다양한 페이지 크기 (multiple page size)의 사용을 지원하지 않는다.)

  페이지에 어떤 정보를 저장하느냐 따라 데이터 페이지, 인덱스 페이지, 언두 페이지 등 여러 종류의 페이지가 있다.

  페이지의 일반적인 구조와 데이터 저장 방식을 살펴보면 다음과 같다.

  • 페이지 구조

    페이지는 페이지의 기본 정보와 free slot 등을 관리하기 위한 헤더를 가진다. 레코드는 헤더를 제외한 영역에 저장된다. 페이지는 내부적으로 다음 그림과 같이 5개 영역으로 나누어진다.

    

    [그림 6‑4] 디스크 테이블스페이스의 페이지 구조

    • 물리적 헤더 (Physical Header)

      모든 데이터 페이지에 공통되는 정보를 가지고 있다.

    • 논리적 헤더 (Logical Header)

      페이지의 종류에 따라 필요한 정보를 가지고 있다.

    • 빈 공간 (Free Space)

      새로운 데이터를 저장된다.

    • 저장 데이터 (Stored Procedure)

      페이지 종류에 따라 로우, 인덱스, 언두 레코드 등이 저장된다.

    • 페이지 푸터 (Page Footer)

      페이지의 종류에 따라 필요한 정보를 가지고 있다.

  • 페이지 레코드 저장 방식

    레코드는 페이지의 아래쪽에서 위쪽 (페이지의 시작) 방향으로 채워지며 빈 공간 영역에 저장된다.

    페이지의 논리적 헤더는 페이지 아래 방향으로 확장되어 저장된다. 그 크기는 가변적이다.

    

    [그림 6‑5] 페이지 레코드 저장 방식

메모리 테이블스페이스 구조

메모리 테이블스페이스는 모든 데이터가 메모리 공간에 저장되는 테이블스페이스이다. 물리적 구조는 체크포인트 이미지 파일로 구성되며, 논리적으로는 페이지와 페이지 리스트들로 구성된다.

물리적 구조

메모리 테이블스페이스는 체크포인트 이미지 파일과 밀접한 관계를 갖는다. 다음 그림에서는 메모리 테이블스페이스, 테이블 및 체크포인트 이미지 파일의 연관 관계를 설명한다.

[그림 6‑6] 메모리 테이블스페이스, 테이블 및 체크포인트 이미지 파일의 연관 관계

메모리 테이블스페이스, 테이블 및 체크포인트는 다음의 특징을 갖는다.

메모리 테이블스페이스는 디스크 테이블스페이스와 달리 데이터를 데이터 파일에 저장하지 않고, 선형적인 메모리 공간에 저장한다. 선형적인 메모리 공간은 페이지 단위로 분할되고, 이 페이지들의 리스트가 테이블을 구성한다. 디스크 테이블스페이스는 디스크 입출력 비용 및 대용량 테이블 관리를 위하여 페이지 단위가 아닌 익스텐트 단위로 관리한다. 세그먼트는 개념적으로 익스텐트의 리스트를 관리하기 위한 논리적인 단위이다.

그러나 메모리 테이블스페이스의 목적은 대용량 데이터의 관리보다 빠른 접근을 지원하는 것이기 때문에, 세그먼트나 익스텐트의 개념이 필요하지 않다. 따라서 메모리 테이블스페이스의 테이블들은 페이지 리스트를 이용하여 관리된다.

메모리 테이블들은 체크포인트시에 물리적으로 체크포인트 이미지 파일에 저장된다. 체크포인트 이미지 파일의 용도는 디스크 테이블스페이스의 데이터 파일의 그것과는 다르다. 디스크 테이블스페이스의 데이터 파일은 객체들을 저장하기 위한 것인 반면, 메모리 테이블스페이스의 체크포인트 이미지 파일은 객체들을 백업하기 위한 것이다. 체크포인트 이미지 파일은 데이터베이스 운영에 직접적으로 필요하지 않다. 하지만 백업 및 복구 시간을 단축하기 위해서는 반드시 필요하다.

체크포인트 시 메모리 공간의 페이지들은 운영 체제에 의해 지원되는 파일에 저장된다. Altibase의 체크포인트 방식은 일명 "핑퐁 (ping-pong) 체크포인팅"으로, 이는 두 벌의 체크포인트 이미지 파일 (0번, 1번)을 유지하며, 체크포인트 발생시마다 0번과 1번 파일을 번갈아가며 사용한다. 또한 각 체크포인트 이미지 파일은 디스크 입출력 비용의 분산을 목적으로 다수의 작은 파일로 분리될 수 있다.

논리적 구조

메모리 테이블스페이스의 논리적 구성 요소에는 페이지 리스트와 페이지가 있다. 이들의 관계를 살펴보면 다음 그림과 같다.

[그림 6‑7] 메모리 테이블스페이스의 논리적 구조

• 페이지 리스트 (Page List)

  페이지 리스트는 메모리 테이블스페이스 내에서 테이블을 구성하는 논리적인 개념이다. 페이지 리스트는 메모리 테이블스페이스의 메모리 공간을 분할한 단위인 페이지의 리스트이다.

  메모리 테이블스페이스 객체 중에서 테이블은 페이지 리스트로 유지된다. 인덱스는 데이터베이스의 일관성을 유지하는 대상에 포함되지 않기 때문에 페이지 리스트를 사용하지 않는다. 시스템을 다시 시작할 때 메모리 테이블의 인덱스는 재구축 되는데, 이는 운영중에 인덱스 로깅을 함으로써 발생할 수 있는 부하를 제거한다.

• 페이지 (Page)

  메모리 테이블스페이스의 페이지 구조 및 데이터 저장 방식은 디스크 테이블스페이스의 페이지와 다른 특징을 갖는다.

  메모리 테이블스페이스는 디스크 테이블스페이스와 달리 디스크 입출력 비용을 고려할 필요가 없기 때문에 레코드 수정 방식으로 아웃 플레이스 갱신 (out-place update)을 사용한다.

  아웃 플레이스 갱신이란 기존 레코드의 이미지를 직접적으로 변경하지 않고, 레코드의 새로운 버전을 위한 공간을 할당받아 처리하는 방식이다. 이러한 갱신 방식은 기존 레코드의 삭제와 새로운 레코드의 삽입 과정으로 이루어지기 때문에 기존 레코드를 재구성하는 비용이 들지 않는다. 또한 기존 레코드의 접근을 직접 할 수 있어 동시성 레벨이 높은 응용 분야에서 빠른 성능을 보장한다.

휘발성 테이블스페이스 구조

휘발성 테이블스페이스의 구조는 모든 데이터가 메모리 공간에 저장되는 메모리 테이블스페이스와 동일하다. 그러나 디스크상의 체크포인트 이미지 파일을 가지지 않는다는 점에서 메모리 테이블스페이스와 차이가 있다. 휘발성 테이블스페이스의 데이터는 메모리에만 상주한다.

휘발성 테이블스페이스에서 일어나는 작업들은 디스크 로깅 작업을 수반하지 않고 체크포인트 대상에서도 제외되기 때문에 디스크 입출력이 전혀 없다. 따라서 빠른 성능을 필요로 하는 경우에 휘발성 테이블스페이스가 유용하다. 논리적으로 페이지 리스트와 페이지로 구성된다.

물리적 구조

휘발성 테이블스페이스는 메모리에 데이터베이스 객체를 상주시킨다는 점에서 메모리 테이블스페이스와 동일하다. 그러나 휘발성 테이블스페이스는 체크포인트 이미지 파일을 갖지 않는다.

논리적 구조

메모리 테이블스페이스와 동일하게 페이지 리스트와 페이지로 구성된다.