Database 를 위해 사용되는 벤치마크는 크게 OLTP vs OLAP 로 나뉩니다[1]. OLTP 계열의 대표주자는 TPC-C 이고, OLAP 계열의 대표주자 중 하나로 TPC-H[2] 가 있습니다. 이 글에서는 TPC-H 를 MariaDB 에서 돌리는 방법에 대해 설명합니다.

Environment Setup

이 글을 작성하면서 사용한 운영체제와 소프트웨어들의 버전은 다음과 같습니다.

• Ubuntu 16.04.2 Server
• MariaDB 10.2.8
• TPC-H toolkit 2.17.2

Automated Scripts

아래 설명할 모든 내용을 자동화 해서 손쉽게 TPC-H 를 돌릴 수 있도록 소스코드 변경부터 빌드, 수행까지 정리한 스크립트들을 github 에 올려 두었습니다: https://github.com/sjp38/tpch-mariadb

시간이 없다면 해당 스크립트를 사용하실 것을 권장합니다.

TPC-H Spec

TPC-H 벤치마크 스펙은 TPC 웹사이트에서 얻을 수 있습니다[3]. 하지만 여기서는 간단히 설명을 해봅니다. 간단한 설명인 만큼 내용이 엄밀히 말해서 맞다고 할수는 없으므로 엄밀한 내용은 정식 스펙 또는 다른 문서를 확인해 보시기 바랍니다. TPC-H 는 8개의 테이블에 많은 데이터를 쌓아놓고, 이 데이터의 분석을 위한 22개의 쿼리를 수행하며 그 성능을 측정하는 형태로 구성되어 있습니다. 성능은 테이블에 데이터를 로드하는데 걸리는 시간, 22개의 쿼리 각각의 수행 시간, 그리고 여러 세션을 열어놓고 22개 쿼리를 각 세션에서 수행하면서 파악되는 처리량 (초당 처리된 쿼리의 갯수)으로 측정됩니다.

Get TPC-H Toolkit

TPC-H 라는 이름으로 벤치마크를 행하려면 테이블을 어떻게 만들고 거기에 데이터는 어떻게 넣어야 하며, 쿼리는 어떤 것들로 이루어져야 하는지에 대한 명세서를 TPC 에서 제공합니다. 이를 바탕으로 각자 TPC-H 를 구성해서 돌릴 수 있습니다. 하지만 이걸 각자 하는건 귀찮고 힘들기 때문에, 테이블과 테이블의 데이터, 그리고 쿼리들을 생성하는 도구를 TPC 에서 TPC-H Toolkit 이라는 이름으로 그 소스코드를 공식적으로 제공하고 있습니다. TPC 의 해당 사이트[4]를 찾아가 개인정보를 입력하고 license 에 동의를 하면 다운로드 받을 수 있는 링크를 메일로 보내줍니다.

이렇게 받은 파일은 zip 파일입니다. 압축을 풀어보면 아래와 같이 해당 버전명의 디렉토리가 나오고, 그 아래에 실제 소스 코드와 라이센스 파일이 있습니다. 여기서 우린 dbgen/ 디렉토리를 사용할 겁니다.

$ tree 2.17.2 -L 1
2.17.2
├── dbgen
├── dev-tools
├── EULA.txt
└── ref_data

Build Source Code

dbgen 디렉토리 아래 dbgen 과 qgen 이라는, 우리가 사용하게 될 프로그램을 위한 소스코드가 있습니다. 여기 있는 makefile.suite 라는 파일은 make 를 사용해 이 코드를 빌드하기 위한 규칙의 기본 골조를 담고 있습니다. 이 파일을 `makefile’ 이라는 이름으로 복사하고 내용을 다음과 같이 수정합니다.

$ diff -u makefile.suite makefile
--- makefile.suite      2017-04-21 06:01:08.000000000 +0900
+++ makefile    2017-09-10 11:10:12.563384756 +0900
@@ -100,15 +100,15 @@
 ################
 ## CHANGE NAME OF ANSI COMPILER HERE
 ################
-CC      =
+CC      = gcc
 # Current values for DATABASE are: INFORMIX, DB2, TDAT (Teradata)
 #                                  SQLSERVER, SYBASE, ORACLE, VECTORWISE
 # Current values for MACHINE are:  ATT, DOS, HP, IBM, ICL, MVS,
 #                                  SGI, SUN, U2200, VMS, LINUX, WIN32
 # Current values for WORKLOAD are:  TPCH
-DATABASE=
-MACHINE =
-WORKLOAD =
+DATABASE= SQLSERVER
+MACHINE = LINUX
+WORKLOAD = TPCH
 #
 CFLAGS = -g -DDBNAME=\"dss\" -D$(MACHINE) -D$(DATABASE) -D$(WORKLOAD) -DRNG_TEST -D_FILE_OFFSET_BITS=64
 LDFLAGS = -O

이후, $ make 명령으로 dbgen 과 qgen 이라는 프로그램이 빌드됩니다.

$ make

...

 bm_utils.o qgen.o rnd.o varsub.o text.o bcd2.o permute.o speed_seed.o rng64.o -lm
$ file dbgen
dbgen: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=d0bca1a18c33947d85f5943c8325837faec7c95d, not stripped
$ file qgen
qgen: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=79a6216e04c446715b0e55f9c804586887b698c8, not stripped

TPC-H Toolkit Usage

MariaDB 에 TPC-H 를 돌리기 위해선 여기서 몇가지 추가 수정을 해야합니다. 하지만 그에 앞서 dbgen/ 디렉토리 내의 파일들을 어떻게 사용해서 TPC-H 를 수행하는지 알아봅시다.

Data Preparation

먼저 dss.ddl 파일은 8개의 테이블 생성에 사용되는 sql 문을 담고 있습니다. DB 에서 이 파일 내에 적힌 sql 문들을 그대로 수행하라고 하면 8개의 테이블이 생성됩니다.

dbgen 은 테이블에 데이터를 로드하는 sql 문을 생성합니다. dbgen 에 scale factor 등의 인자를 줘서 수행시키면 8개의 .tbl suffix 를 갖는 파일이 생성됩니다. 이 파일들은 각각 파일명에 일치하는 이름의 테이블에 데이터를 insert 하는 query 문들로 구성되어 있습니다. DB 에 이 파일 내의 sql 명령들을 수행하라고 하면 데이터가 로드되는 것입니다.

dss.ri 는 테이블 인덱스 생성에 필요한 sql 문을 담고 있습니다. DB 에 이 파일 내의 sql 명령들을 수행하라고 함으로써 테이블 인덱스 생성이 완료되어 TPC-H 의 쿼리들을 수행할 준비가 마쳐집니다.

Query Creation and Execution

qgen 은 TPC-H 의 분석 작업을 대표하는 22개의 쿼리를 생성해 줍니다. 22개의 쿼리라고 표현했지만 22 종류의 쿼리라고 하는게 옳을 겁니다. 동일한 쿼리의 경우 반복 수행되면 DB 에서 앞 쿼리의 결과를 캐시해 뒀다가 곧바로 리턴하기 때문에 인자 등은 달라야 하기 때문입니다. 이를 위해 dbgen/queries/ 디렉토리 아래에는 생성되어야 하는 22 종류 쿼리의 템플릿을 담고 있습니다. qgen 은 이 템플릿을 참고하고 랜덤하게 인자를 생성해 최종적으로 DB 에서 수행될 수 있는 쿼리문을 생성합니다. 이 때 랜덤 시드는 dists.dss 라는 파일을 참고해 만들어집니다.

Modify TPC-H Toolkit for MariaDB

DBMS 마다 query syntax 가 조금씩 다릅니다. 때문에 TPC-H Toolkit 은 지원하는 DBMS 마다 다르게 테이블 생성, 쿼리 생성을 하도록 짜여져 있습니다만, 지원하는 DBMS 목록에 MariaDB 는 포함되어 있지 않습니다. 따라서 MariaDB 에 TPC-H 를 돌리기 위해선 TPC-H Toolkit 의 일부분을 수정해야 합니다.

수정해야 하는 파일은 dss.ddl, dss.ri, 그리고 queries/ 디렉토리 아래의 템플릿 등입니다. 하나하나 설명하는 것은 너무 내용이 길어지므로, 수정 내용을 patch 형태로 만들어 github 에 올려두었습니다[5]. 이 패치 파일을 가져와서 다음과 같이 적용할 수 있습니다. 명령을 수행하는 디렉토리는 TPC-H Toolkit 소스코드 디렉토리 여야 합니다.

$ wget https://raw.githubusercontent.com/sjp38/tpch-mariadb/07fdcbfa9ba1be26f437ff130338a223d0dbfecd/0001-Modify-for-MariaDB.patch
$ patch -p1 < 0001-Modify-for-MariaDB.patch

위 변경 사항은 makefile 의 수정도 포함되어 있습니다. 적용 후 dbgen, qgen 을 빌드해 줍시다.

Data Creation

dbgen/ 디렉토리로 들어가 dbgen 을 수행해 줍니다. 인자로 scale factor 등을 줄 수 있습니다. -h 인자를 줘서 dbgen 의 수행 방법을 알 수 있으니 참고합시다. 수행이 마무리 되면 다음과 같이 8개의 .tbl suffix 를 갖는 파일들이 생성됩니다.

dbgen$ ls -ahl *.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark 187M Sep  9 10:48 customer.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark 5.8G Sep  9 10:48 lineitem.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark 2.2K Sep  9 10:48 nation.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark 1.4G Sep  9 10:48 orders.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark 919M Sep  9 10:48 partsupp.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark 186M Sep  9 10:48 part.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark  389 Sep  9 10:48 region.tbl
-rw-rw-r-- 1 sjpark sjpark  11M Sep  9 10:48 supplier.tbl

참고로, 위 수행결과는 scale factor 값을 8로 준 결과입니다.

Load Data

이제 MariaDB 를 사용해 tpch 라는 이름의 데이터베이스를 생성하고 (line 1) 그 아래 테이블을 생성하고 (line 2) 각 테이블에 데이터를 로드한 후 (line 3-5) 각 테이블의 인덱스까지 만들어 줍시다 (line 6).

$ mysql -u root -p password -e "create database tpch;"
$ mysql -u root -p password < dss.ddl
$ for table in customer lineitem nation orders partsupp part region supplier \
	do mysql -u root -p -e \
		"LOAD DATA LOCAL INFILE '$table.tbl' FIELDS TERMINATED BY '|';"
	done
$ mysql -u root -p password < ./dss.ri

Create Queries

이제 쿼리를 만들어 봅시다. qgen 은 인자로 생성할 쿼리의 타입을 1-22 사이 숫자로 받아서 쿼리문을 생성, 화면에 뿌려줍니다. 다음과 같은 커맨드로 이를 따로 저장합니다. 아래 커맨드는 dbgen/ 디렉토리 아래에서 수행됨을 가정합니다.

$ cd queries/
$ for i in {1..22}; do ../qgen $i > query-$i.sql; done

이제 dbgen/queries/ 디렉토리 아래에 query- 라는 prefix 의 쿼리문을 담는 파일 22개가 생성되어 있습니다.

Execute Queries

앞서 생성한 쿼리문 파일은 MariaDB 에 호환되는 sql 문으로 구성되어 있으므로, 아래와 같이 간단히 실행시키면 됩니다.

$ for i in {1..22}; do mysql -u root -p password < dbgen/queries/query-$i.sql

일부 쿼리는 수십초, 일부 쿼리는 1초도 걸리지 않아 수행되는 걸 확인할 수 있습니다.

Conclusion

TPC-H 가 어떻게 구성되어 있고 어떻게 수행시키며, MariaDB 에서의 수행을 위해서는 어떤 수정이 필요한지 설명했습니다. github 에 있는 자동화 스크립트[6]를 이용하면 이 과정을 손쉽게 한번에 해결할 수 있습니다.

References

[1] http://datawarehouse4u.info/OLTP-vs-OLAP.html
[2] http://www.tpc.org/tpch/
[3] http://www.tpc.org/tpc_documents_current_versions/pdf/tpc-h_v2.17.2.pdf
[4] http://www.tpc.org/tpc_documents_current_versions/download_programs/tools-download-request.asp?bm_type=TPC-H&bm_vers=2.17.2&mode=CURRENT-ONLY
[5] https://raw.githubusercontent.com/sjp38/tpch-mariadb/07fdcbfa9ba1be26f437ff130338a223d0dbfecd/0001-Modify-for-MariaDB.patch
[6] https://github.com/sjp38/tpch-mariadb