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[MySQL] Online Alter에도 헛점은 있더구나 – gdb, mysqld-debug 활용 사례

Overview

MySQL에서도 5.6부터는 온라인 Alter 기능이 상당부분 제공되기 시작했습니다. 인덱스과 칼럼 추가/삭제 뿐만 아니라, varchar 경우에는 부분적으로 칼럼 확장이 서비스 중단없이 가능한 것이죠. 물론 오라클 유저들에게는 당연한 오퍼레이션들이, MySQL에서는 두손들고 운동작 20바퀴 돌 정도로 기뻐할만한 기능들입니다. 물론, 대부분의 DDL을 테이블 잠금을 걸고 수행하던 5.5 시절에도 online alter를 위해 트리거 기반의 pt-online-schema-change 툴을 많이들 사용했었기에.. 서비스 중단이 반드시 필요하지는 않았지만요. (http://gywn.net/2017/08/small-talk-pt-osc/)

아무튼 이렇게 online alter가 대거 지원하는 상황 속에서, MySQL의 메뉴얼과는 다르게 잘못 동작하는 부분이 있었는데, 이 원인을 찾아내기 위해서는 MySQL 내부적으로 어떻게 동작을 하는지 알아내기 위해 며칠 우물을 신나게 파보았습니다.

오늘 블로그에서는 지난 일주일간의 삽질에 대해서 공유를 해보고자 합니다.

VARCHAR size extension

MySQL에서 데이터의 타입이 변경되는 경우에는 테이블 잠금을 잡은 상태에서 데이터 리빌딩을 하기 마련이지만.. VARCHAR 타입의 경우에는 조금 다르게 동작을 합니다. VARCHAR 칼럼에는 데이터의 사이즈(바이트)를 알려주는 Padding 값이 포함되어 있는데, 매뉴얼 상으로는 패딩의 바이트 수가 동일한 경우에는 테이블 메타 정보만 수정함으로써 Online Alter 가 진행되는 것이죠.

The number of length bytes required by a VARCHAR column must remain the same. For VARCHAR columns of 0 to 255 bytes in size, one length byte is required to encode the value. For VARCHAR columns of 256 bytes in size or more, two length bytes are required. As a result, in-place ALTER TABLE only supports increasing VARCHAR column size from 0 to 255 bytes, or from 256 bytes to a greater size. In-place ALTER TABLE does not support increasing the size of a VARCHAR column from less than 256 bytes to a size equal to or greater than 256 bytes. In this case, the number of required length bytes changes from 1 to 2, which is only supported by a table copy (ALGORITHM=COPY)

출처 : https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-online-ddl-operations.html

바이트 단위로 계산이 되기 때문에, 글자수로 기록이 되는 VARCHAR 타입 입장에서는 캐릭터셋에 따라 글자 수 구간이 달라집니다. 예를 들어 2바이트를 차지하는 euckr인 경우, 1~127글자 구간과 128이상 구간으로 나누어볼 수 있을 것이고, 4바이트 utf8 캐릭터셋인 utf8mb4 경우에는 1~63글자 구간 그리고 64이상 구간으로 그룹을 지어볼 수 있겠습니다.

간단하게 예를 들어보겠습니다. 우선 하단과 같이 테이블을 만들어보고..

CREATE TABLE `test` (
  `a` varchar(8) DEFAULT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

알고리즘을 명시적으로 줘서 테스트를 해보면.. 우선 VARCHAR(8) -> VARCHAR(16) 사이즈 확장은 큰 문제 없이 잘 동작을 합니다. (둘다 바이트 수가 255 이하이므로, 동일 패딩 1바이트입니다.)

mysql> alter table test modify a varchar(16), algorithm=inplace;
Query OK, 0 rows affected (0.04 sec)

그러나 63글자를 넘어서 255사이즈로 inplace 알고리즘(online alter)으로 칼럼을 확장하고자 하면, 아래와 같이 에러를 뱉습니다. 에러 메시지를 존중하여, 알고리즘을 COPY로 지정을 해야 “테이블 잠금”을 품고 “데이터 재구성”하는 과정을 거쳐 비로서 정상적으로 칼럼 확장이 마무리되죠. (둘다 바이트 수가 256 이상이므로, 동일 패딩 2바이트입니다.)

mysql> alter table test modify a varchar(255), algorithm=inplace;
ERROR 1846 (0A000): ALGORITHM=INPLACE is not supported. Reason: Cannot change column type INPLACE. Try ALGORITHM=COPY.

mysql> alter table test modify a varchar(255), algorithm=copy;
Query OK, 1 row affected (0.03 sec)

매뉴얼 내용은 제대로 각인되었을 것으로 간주하고.. 이제 오늘 이야기하고자 하는 주제로 넘어가겠습니다.

Indexed Column Extension

그렇습니다. 이야기대로라면, Padding 조건에 맞는 칼럼이 경우에는 무중단, 리빌딩 없이 순식간에 칼럼 사이즈가 확장되어야 하는 것이 정석이건만.. 인덱스를 품은 VARCHAR칼럼인 경우에는 그렇지가 않았습니다. 위에서 테스트로 간단하게 생성을 했었던 테이블 기준으로 테스트 케이스를 만들어서 확인해보겠습니다.

CREATE TABLE `test` (
  `a` varchar(8) DEFAULT NULL,
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;

mysql> insert into test select left(uuid(),8);

## 20회 수행
mysql> insert into test select left(uuid(),8) from test;

mysql> select count(*) from test;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|  1048576 |
+----------+

확실한 차이를 보이기 위해서, 우선 인덱스가 없는 현재 상황에서 VARCHAR(8) -> VARCHAR(16)으로 사이즈를 확장해서 0.02초에 백만건 넘는 데이터의 칼럼 사이즈가 바로 확장이 되는 것을 보이겠습니다.

mysql> alter table test modify a varchar(16), algorithm=inplace;
Query OK, 0 rows affected (0.02 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

이 상태에서 인덱스를 하나 추가하고 앞과 비슷하게 VARCHAR(16) -> VARCHAR(17)로 확장을 시도해보았는데.. 바로 완료가 될 것이라는 기대와는 다르게.. 초단위로 DDL이 수행되었습니다.

mysql> alter table test add key ix_a_1(a);
Query OK, 0 rows affected (1.55 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

mysql> alter table test modify a varchar(17), algorithm=inplace;
Query OK, 0 rows affected (1.64 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

여기에 추가로 인덱스를 하나 더 생성을 해서 VARCHAR(17) -> VARCHAR(18)로 칼럼을 확장을 해보니 인덱스 한개 대비 대략 두배 정도의 시간이 더 소요된 것을 확인할 수 있겠죠.

mysql> alter table test add key ix_a_2(a);
Query OK, 0 rows affected, 1 warning (4.43 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 1

mysql> alter table test modify a varchar(18), algorithm=inplace;
Query OK, 0 rows affected (3.24 sec)
Records: 0  Duplicates: 0  Warnings: 0

참고로, 이 alter 구문의 프로파일링은 하단과 같으며.. “altering table” 단계에서 병목이 걸려있습니다. 무언가 내부적으로 이상한 짓을 하고 있는 것이죠. ㅎㅎ 이 당시 상황에서 performance_schema.metadata_locks을 확인해볼 수 있다면 약간의 정보를 더 얻을 수 있겠지만.. 대세에 큰 영향은 없습니다. ㅠㅠ 정보가 너무 부족합니다.

+--------------------------------+----------+
| Status                         | Duration |
+--------------------------------+----------+
| starting                       | 0.000069 |
| checking permissions           | 0.000007 |
| checking permissions           | 0.000005 |
| init                           | 0.000006 |
| Opening tables                 | 0.000297 |
| setup                          | 0.000019 |
| creating table                 | 0.009754 |
| After create                   | 0.000255 |
| System lock                    | 0.000012 |
| preparing for alter table      | 0.000275 |
| altering table                 | 2.993340 |
| committing alter table to stor | 0.014045 |
| end                            | 0.000056 |
| query end                      | 0.000336 |
| closing tables                 | 0.000024 |
| freeing items                  | 0.000041 |
| cleaning up                    | 0.000062 |
+--------------------------------+----------+

참고로 이 상황에서 서비스 쿼리가 중단되거나 하지는 않아요. 그냥 내부적으로 InnoDB Buffer Pool I/O가 늘어났을 뿐 서비스 쿼리는 큰 문제가 없습니다. 문제는 DDL 구문이 오래걸리는 상황이라면, 자연스럽게 “복제 지연”으로 이어질 수 있다는 점인데요. ALTER구문은 데이터를 담고 있는 “그릇”이 변경되는 의미하는 것이기 때문에.. 데이터를 복제하는 슬레이브 입장에서는 DDL 구문 이후에 변경된 그릇 기준으로 생성되는 DML 쿼리를 처리할 수 있습니다.

생각을 해보세요. 1000만건 테이블의 특정 VARCHAR칼럼에 5개 이상의 인덱스가 관여하고 있다면..?? 생각보다 슬레이브 지연 영향도는 심각할 수 있겠죠.

즉, 순식간에 종료될 것이라 생각했던 Online Alter 구문이 슬레이브 복제 지연에 영향을 줄 수 있다는 점이죠.

Replication-Delay

만약 슬레이브 서버들이 어떤 형태로든 서비스에 관여를 하고 있다면.. 이 상황에서 복제 지연 현상은 데이터를 관리하는 데이터쟁이 입장에서는 그다지 듣기좋은 이야기는 아닙니다.

자~ 그렇다면, 도대체 이 현상은 왜 발생했을까요? 다행히 이 이슈 분석을 위해 “인덱스 있는 VARCHAR 칼럼”이라는 중요한 재현 시나리오는 마련이 되어있군요. 만약 재현이 어려운 상황이라면.. 분석이 정말 난해한 상황이었을 것입니다. ㅋㅋ

Debugging with gdb

우선 멈춰있는 이 상황에서, MySQL이 내부적으로 어떤짓을 하고 있는지 디버깅을 해봅시다. 알수 없는 무언가를 하고 있는가를 확인해봐야겠죠. 위에서 MySQL이 무언가 알수 없는 것을 처리하는 상황에서 gdb로 아래와 같이 트레이스를 떠봅니다.

$ gdb -ex "set pagination 0" \
      -ex "thread apply all bt" \
      -batch -p `pidof mysqld` > result.out

이렇게하면 외계 문자들이 쭈르륵 떨어질 것인데.. 이중 OS의 쓰레드 아이디 기준으로 나온 결과를 보고 현재 이 쓰레드에서 무슨 짓을 하고 있는지 추적을 해봅니다. 참고로, mysql 프로세스 아이디 기준으로 OS 쓰레드 아이디는 아래와 같이 threads 테이블에서 알아낼 수 있어요.

mysql> select thread_id_os from performance_schema.threads
    -> where processlist_id = <프로세스아이디>;

만약 OS의 쓰레드 아이디가 8이었다면.. 이 쓰레드 번호로 검색을 해보면.. 지금 어떤일을 하고있는지 적나라하게 확인할 수 있겠죠. 참고로 여기서는 인덱스 리빌딩(row_merge_build_indexes) 관련하여 무슨 짓을 하고 있는 것으로 보여지네요. ㅎ (외계어기는 하지만.. 동일 버전의 소스를 다운받아서 위치를 따라가보면, 대략 무슨 짓을 하고 있는지 이해할 수 있을 듯..)

$ vi result.out
.. 중략 ..
Thread 8 (Thread 0x7ff8790c3700 (LWP 31032)):
#0  0x0104ed22 in row_merge_blocks .. storage/innobase/row/row0merge.cc:2784
#1  row_merge .. storage/innobase/row/row0merge.cc:2957
#2  row_merge_sort .. storage/innobase/row/row0merge.cc:3077
#3  0x01056454 in row_merge_build_indexes .. storage/innobase/row/row0merge.cc:4550
#4  0x00f902da in ha_innobase::inplace_alter_table .. innobase/handler/handler0alter.cc:6314
#5  0x007619ec in ha_inplace_alter_table .. sql/handler.h:3604
.. 중략 ..
#15 0xf9c07aa1 in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0
#16 0xf98e8aad in clone () from /lib64/libc.so.6

Debugging with mysqld-debug

앞서 의심을 했었던, 인덱스 관련된 무슨 짓꺼리를 하고 있을 것이다라는 심증은 확신으로 바뀌면서.. 이제 조금더 상세하게 디버깅해보도록 하죠. 이번에는 mysqld-debug로 이 작업을 해보도록 하겠습니다.

$ mysqld-debug --debug=d,info,error,query,general,where:O,/tmp/mysqld.trace

참고: https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/making-trace-files.html

괘나 많은 로그가 떨어지겠지만.. 인덱스 있는 케이스와 없는 케이스 두 개로 나누어서 트레이스를 떠보면.. 대충 칼럼 사이즈 변경 시 fill_alter_inplace_info 함수 부분에서 리빌딩할 인덱스 리스트를 선별할 것 같은 우주의 기운이 팍팍 느껴지기 시작합니다. 왠지.. 동일 패딩 사이즈 경우 메타 정보를 수정해서 순식간에 ALTER 작업이 이루어지는 것처럼, 인덱스 리빌딩 단계에서 이 케이스를 선별해서 빼버린다면..?? 이런 병목은 사라질 것 같은 예감이 듭니다.

## 인덱스 없는 경우 ##
mysql_create_frm: info: wrote format section, length: 10
fill_alter_inplace_info: info: index count old: 0  new: 0

## 인덱스 있는 경우
fill_alter_inplace_info: info: index count old: 2  new: 2
fill_alter_inplace_info: info: index changed: 'ix_a_1'
fill_alter_inplace_info: info: index changed: 'ix_b_2'

다행히 이 문제는 MySQL 5.7.23 버전에서 픽스가 되었습니다. 소스를 살펴보고자, Oracle MySQL의 깃헙에 들어가서 살펴보던 중 왠지 우리와 비슷한 상황일 것 같은 커밋 코멘트(BUG#26848813: INDEXED COLUMN CAN’T BE CHANGED FROM VARCHAR(15))를 발견하였고, 대충 훑어보니 역시나 인덱스 리빌딩 케이스였더군요. (이렇게 절묘하게.. 손 안대고 코풀줄이야.. ㅋㅋ)
참고: https://github.com/…/913071c0b16cc03e703308250d795bc381627e37

5.7.23 버전에 online alter 플래그 중 “Alter_inplace_info::RENAME_INDEX” 비트 플래그를 하나 더 추가하였고, varchar 칼럼 확장이면서 패딩 사이즈가 동일하면 “Alter_inplace_info::RENAME_INDEX” 로 분기 분류함으로써 인덱스를 리빌딩하지 않도록 제어하더군요. (부분부분 발췌합니다.)

## fill_alter_inplace_info 함수 ###########
static bool fill_alter_inplace_info(THD *thd,
                                    TABLE *table,
                                    bool varchar,
                                    Alter_inplace_info *ha_alter_info)
{
  ....
  while ((rename_key= rename_key_it++))
  {
    ....
    if (! has_index_def_changed(ha_alter_info, table_key, new_key))
    {
      /* Key was not modified but still was renamed. */
      ha_alter_info->handler_flags|= Alter_inplace_info::RENAME_INDEX;
      ha_alter_info->add_renamed_key(table_key, new_key);
    }
    else
    {
      /* Key was modified. */
      ha_alter_info->add_modified_key(table_key, new_key); 
    }
    ....
  }
  ....
}

## has_index_def_changed 함수 ###########
static bool has_index_def_changed(Alter_inplace_info *ha_alter_info,
                                  const KEY *table_key,
                                  const KEY *new_key)
{
    ....
    if (key_part->length != new_part->length &&
        ha_alter_info->alter_info->flags == Alter_info::ALTER_CHANGE_COLUMN &&
        (key_part->field->is_equal((Create_field *)new_field) == IS_EQUAL_PACK_LENGTH))
    {
      ha_alter_info->handler_flags|=
          Alter_inplace_info::ALTER_COLUMN_INDEX_LENGTH;
    }
    else if (key_part->length != new_part->length)
      return true;
    ....
}

아무튼 5.7.23에서는 이 코드 적용 결과.. 인덱스가 있을지라도 VARCHAR 칼럼 확장은 순식간에 바로 종료가 되는 쾌거를 이룹니다. 아직 5.7.23 이전 버전을 쓰고 계신 분들이 버전을 업그레이드 해야하는 또하나의 이유가 생겼네요. ㅋㅋ

Conclusion

길고 긴.. 오늘 블로그 정리를 해보겠습니다. 그냥 이 세가지 이야기로 정리해보겠습니다.

  1. MySQL5.7.23 버전 이상으로 업그레이드 하는 것이 정신 건강에 좋다.
  2. MySQL5.7.23 이전 버전 사용자들은, 칼럼에 인덱스가 걸려있는지 확인을 우선 해보고 작업 계획을 세운다.
  3. 무엇보다 매뉴얼은 매뉴얼일뿐, 맹신하지 말자.

무엇보다 가장 알고 싶었던 부분은.. 매뉴얼과 전혀 다른 이 현상이 어디부터 시작된 이슈인지를 원인분석입니다. 이것을 알아야 이는 사이드이펙트를 최소화할 수 있는 우회방안도 고민해볼 수 있기 때문이죠. 피할 수 없으면 즐겨야할테니.. 맞더라도 이유는 알고 맞아야할 것이고.. 궁시렁궁시렁

저같은 C알못 평범남도 파보니 이해는 할 수 있겠드라고요. 엯촋들에게는 평범한 일상이겠지만.. 저같은 보통 사람들에게는 신성한 경험이었기에, 이를 공유 삼아 블로그 포스팅을 해봅니다.

아주 오랜만의 길고 긴 대하 소설.. 마칩니다. ㅋㅋ