그림으로공부하는 오라클구조 (추가중)

1. I/O 와 디스크의 관계

 1.1 오라클을 이해하기 위한 필수 키워드
  1-병렬처리를 가능케 하고 높은 처리량을 실현한다
  2-응답을 중시한다
  3-커밋한 데이터는 지킨다
1.2 오라클과 디스크(하드디스크)
 오라클은 DBMS이다. 오라클이 다루는 데이터는 디스크에서 꺼내 오고 디스크로 돌아가는 것이다. 디스크는 계속 회전하고 있으며 헤드는 그 위를 움직이면서 데이터를 읽거나 기록을 한다.

1.3 디스크의 동작
ㅇ엄청난 속도로 움직이는 디스크와 헤드를 떠올릴 수 있는데, 데이터를 읽고 쓰기 위해서는 트랙을 찾아야 한다. 이것을 '시크(seek)'라 한다.
원하는 정보를 읽어 낼  수 있는 위치가 회전해서 다가올 때까지 기다리고 있다가 다가 오면 데이터를 읽고 쓰게 된다. 
                       -어떻게 입출력(I/O)의 대기시간을 줄일까?-
시퀀셜(sequential)은 '순차를 뜻하며 시작점부터 마지막까지 중간부분을 빠트리지 않고 전부 엑세스(읽기/쓰기)하는 것이다. 풀 스캔(테이블의 모든 데이터를 읽어오는 것을 의미)할 때 메모리에 데이터가 없으면 시퀀셜엑세스가 발생한다. 하지만 이는 많은 시간이 걸리기 때문에 '인덱스(색인)'이 나오게 되었다. 색인에는 키워드가 순서대로 나열되어있으며 해당 페이지 번호도 같이 기재가 되어 있어서 그 번호로 원하는 페이지를 빠르게 찾을 수 있다.
                                       -인덱스의 사용 예-
 오라클은 인덱스의 인덱스를 붙이기 때문에 인덱스 자체의 크기가 커지면 처리시간이 늘어나지 않을까 라는 걱정을 하지 않아도 된다. 이것이 인덱스와 색인의 차이점이다.
                                           -랜덤 액세스-
 인덱스를 이용하여 필요한 부분만 읽어 오면 되지만, 필요한 부분이 디스크 위에 연속적으로 있는 경우는 거의 없다. 헤드를 움직여 가며 띄엄띄엄 접근을 하는데 이런 방식을 '랜덤 액세스'라고 하며 '시퀀셜 액세스'와는 반대의 의미를 지닌다. 
1.4 데이터를 보증하기 위한 디스크
오라클의 프로세스가 비정상적으로 종료했다고 해도 데이터는 문제없다. DBMS는 커밋한 데이터는 지키기 때문이다. 데이터를 변경한 후에 커밋이라고 입력하면 오라클은 데이터를 디스크에 기록하면서 말이다.
                                               
                                             1장 요약
-디스크가 회전하는 이미지
-헤드가 움직이는 것과 회전해 오기를 기다리고 있어서 I/O에 시간이 걸리는 이미지
-인덱스로 인해 해당 데이터에 빠르게 접근가능(맨 앞~끝까지 풀스캔을 안해도 됨)


2. 오라클의 여러 프로세스
2.1 데이터베이스의 데이터는 모두의 것
 크기가 10GB인 주문 이력이라하는 테이블(데이터)을 사용하는 사용자가 100명이라 하면 서로 사용하는 데 간섭을 일으키지 않도록 이 모든 데이터를 가지고 있기 힘들다. 따라서 DB는 여러 프로세스나 사용자가 하나의 데이터베이스에 접근하도록한다. 즉 여러 사용자나 프로그램이 데이터베이스의 데이터를 공유하고있다.
                                 -엑셀과 DBMS의 차이-
 엑셀은 하나의 PC에서 작동하며 단일 사용자가 사용한다. 하지만 DBMS는 여러 사용자나 애플리케이션이 데이터를 공유할 수 있도록 만들어져 있어서 여러 사용자가 동시에 데이터를 검색/갱신이 가능하다. 따라서 실수로 데이터가 이상해지지 않도록 락이라는 장치를 가지고 있다. 
2.2 오라클이 여러 개의 프로세스로 구성된 이유
 첫번 째 이유로 다중처리를 원하기 때문이다. 1장의 내용과 같이 디스크는 메모리 액세스에 비해 속도가 매우 느리기 때문이다. 속도가 느린 I/O이 반복되는 동안 CPU를 쉬게 하는 것은 매우 아깝기 때문에 다른 처리항목을 만든다. OS위에서 여러개의 프로세스(서로 다른 역할을 가진 프로세스도 존재)라는 형태로 처리되어 병렬처리를 한다(멀티스레드 == 멀티태스킹)
2.3 서버 프로세스와 백그라운드 프로세스의 역할
                        -백그라운드 프로세스의 일-
오라클은 서버 프로세스라 불리는 SQL문을 처리하는 프로세스와 주로 서버프로세스를 도와주는 백그라운드 프로세스가 있다. 서비스를 담당하는 서버프로세스는 오라클 클라이언트(사용자)와 통신(대화)를 한다. 
백그라운드프로세스종류:DB라이터: 데이터를 디스크에 기록하는 역할
                                 로그라이터: 로그(데이터 갱신이력)를 디스크에 기록
                                      피몬: 프로세스감시, 장애를 해결
                                      아카이버: 로그 데이터를 아카이브(장기보관)함


2.4 각 프로세스가 수행하는 처리
DB에서 프로세스는   1. SQL문 수신
                               2.SQL문의 파싱(어떤 테이블에 어떻게 접근할까?)
                                3.데이터 읽기(디스크에서 가져온다)
                                4.데이터 기록(디스크에 기록한다)
                                5. SQL문의 결과 회신
                                6.로그 기록(데이터 갱신로그를 디스크에 기록)
                                7.각종 정리(락 해제 등등)
                                8.로그 보관(아카이브)
                                     -SQL문의 처리에 필요한 작업-
위 목록의 1,2,3,5 이 해당된다. 

                                          -2장 요약-
-DB는 모두 공유해서 사용한다
-클라이언트가 여러 개 존재학 여러 개의 SQL문이 오라클에 전달된다는 것
-오라클 위에서 여러개의 SQL문이 동시에 동작하고 있는 것(엑셀과 다름)
-서버 프로세스는 SQL문의 결과를 가능한 빨리 회신하기 위한 일을 함
-서버 프로세스와 백그라운드 프로세스가 존재한다

3. 캐시와 공유 메모리
3.1 캐시가 필요한 이유는 무엇인가?
 1장에서 설명한 것 처럼 디스크가 동작하는 것은 매우 느리다. 따라서 가능한 한 디스크에서 처리하지 않게 하려고 '캐시'라 불리는 기술을 사용하고 있다. 튜닝하기 쉬운편인 캐시는 아키텍쳐(구조)의 이해도에 따라 성능이 결정된다.
3.2 캐시란 대체 무엇인가?
 캐시는 쉽게 말해서 작업장, 작업대이다. 빈번하게 사용하는 데이터를 매번 디스크에서 꺼내오지 않고 캐시라 불리는 메모리에 둠으로 빠른 사용이 가능하다. (CPU-메인메모리:나노초단위 , 메인메모리-디스크:밀리초)
*참고로 캐시는 메인메모리에 보관된다*

데이터는 블록 단위로 관리한다
오라클은 '블록'이라고 하는 단위로 데이터를 관리한다. 버퍼캐시도 마찬가지다.

3.3 캐시의 사용으로 인덱스 검색을 효율적으로
ㅇ캐시를 사용하면 얼마나 느려지는지 실제로 계산해본자. 앞 장에서 인덱스는 트리구조로 구성되어있다는 것을 알게되었다. 만약 테이블에 3단으로 된 인덱스가 있고 I/O 한번당 10밀리초라 가정하면, 총 네 블록을 처리해야 하기 때문에 총40밀리초가 걸린다. 반면 간단한 SQL문을 처리하는 데 소요되는 CPU시간은 1~2밀리초 정도이기 때문에 캐시에 데이터가 있을 때에도 1~2밀리초밖에 소요되지 않는다.
3.4 프로세스는 캐시를 공유한다
 캐시를 프로세스마다 갖게 하면 낭비이며, 다른 프로세스가 변경한 데이터를 볼 수 없는 등 여러 문제가 발생한다.(여기서 프로세스는 서버 프로세스를 말함)그래서 캐시로 어떠한 오라클 프로세스라도 볼 수 있는 메모리를 활용한다. 하지만 데이터에 손상을 입히지 않도록 OS가 보호하고 있기 때문에 기본적으로는 다른 프로세스의 메모리를 보는 것은 불가능하다. DBMS는 OS의 기능중 특수한 메모리를 제공하는 것을 사용하는데, 이것이 '공유 메모리'이다 . 공유메모리로 자신의 메모리 영역에 기록했던 데이터를 다른 프로세스에서도 즉시 볼 수 있다. '실제 메모리는 한 개다' 라는 개념이 중요한 포인트이다. 각 프로세스에는 자신의 메모리인 것 처럼 보이지만 실제로는 모든 프로세스가 같은 메모리 영역에 접근하고 있다. 이를 SGA(공유 메모리), PGA(서버 프로세스마다 존재하는 메모리로서 각 서버 프로세스의 고유데이터를 보관함). 이 같은 구조는 매우 편리하지만 누구든 접근할 수 있으므로 락을 걸어야 한다. 하지만 이 말은 DBMS내부에 많은 락이 존재하며, 이로 인해 성능 문제가 발생하기 쉽다는 것을 의미한다.
3.5 공유 메모리에 필요한 설정
ㅇ오라클 설정파일인 initXXXX.ora(X는 식별ID)에는 'DB_CACHE_SIZE' 라는 버퍼캐시의 크기를 결정하는 파라미터가 있다. 
3.6 공유 메모리는 어떤 식으로 보이는가?
 모든 프로세스마다 공유메모리를 포함하여 보여주는 OS가 있고 그렇지 않은 OS도 있다. 화면상에 각 프로세스가 250MB씩이나 사용중인 것으로 나와있지만 실제로는 대부분이 공유메모리인 경우도 존재한다. 
3.6 버퍼 캐시를 정리하는 LRU알고리즘
 버퍼캐시의 크기는 한정되어 있으므로  LRU알고리즘을 이용하여 정리한다. 이 알고리즘은 최근에 사용하지 않은 데이터부터 버린다는 알고리즘이다. 이를 토대로 오라클은 한 블록씩 구별을 한다. 서버 프로세스는 디스크에서 데이터를 읽고 캐시에 보관하고 데이터를 변경한다. 하지만 변경한 데이터를 디스크에 저장하지 않는다(서버 프로세스는 읽기만 하고 쓰기는 하지 않는다). 따라서백그라운드프로세서인 DBWR이 변경된 데이터를 캐시에서 버려지기 전에 기록한다. 그리고 만약 데이터를 풀 스캔했다면 그것을 버퍼캐시에 두지 않는다(빈번하게 사용하지 않을 뿐 더러 버퍼캐시적재량보다 훨씬 더 많기 때문에 다 쫒겨남)
3.7 오라클뿐만이 아닌 OS나 스토리지에 대해서도 생각하자
 스토리지캐시가 있으면 읽고 쓰기가 빨라진다. 원래 디스크에 기록해야하는 것을 캐시에 기록하는 것 만으로 OS관점에서 I/O를 종료할 수 있기 때문이다. (단 비휘발성 메모리를 이용하여 비싸다)
                          -OS의 버퍼 캐시와 가상메모리의 차이-
OS에는 버퍼캐시와 가상메모리가 있다. 버퍼캐시는 오라클에서의 버퍼캐시와 동일하다. 가상메모리는 실제 가지고 있는 물리메모리보다 더 많은 메모리를 사용할 수있게 만든다. 최근 사용하지 않은 데이터를 프로세스에게 보이지 않도록 몰래 디스크에 보관해 두어서 실제 메모리보다 많은 것처럼  만들기 때문이다. 이를 스왑이라하는데, 디스크 일부를 스왑영역으로 만들어서 사용한다. 만약 버퍼캐시를 물리메모리보다 많게 설정하면 어떻게 될까? 
                                               -3장 요약-
 
4. SQL문 분석과 공유 풀
4.1 SQL문의 분석과 공유 풀은 왜 배우는가?
 아무리 CPU가 빨라도 처리방법이 나쁘면 보잘 것이 없어진다. 이번 장에서 분석(parse, 파스)이라 부르는 처리방법과 생성과 생성한 처리방법을 캐시하는 장소인 공유풀에 대해 알아보자
4.2 SQL문과 일반적인 프로그래밍 언어의 차이
 SQL은 처리방법을 기술하지 않는다는 점에서 크게 차이가 난다. 반면 프로그래밍언어(객체지향, 스크립트, 어셈블러 등)는 처리방법을 기술해야한다. SQL은 데이터의 조건,관계를 기술한다. select a from b where c=1 은
c=1 이라는 조건을 만족하는 b테이블의 데이터에서 a라는 속성의 정보를 꺼내오라는 SQL문인데 여기서 어디에도 '인덱스를 사용해서' 나 '풀 스캔을 사용해라'라는 처리방법이 기술되어있지 않다. 사람이 아니라 옵티마이저(파서)라는 기능이 SQL문을 분석하고 실행계획(플랜)이라는 처리방법을 생성하기 때문이다. 
4.3 서버 프로세스와 분석