OSC ver : MariaDB ColumnStore ベンチマークしちゃいませんか？

MariaDB ColumnStore
ベンチマークしちゃいませんか？
JPMUG 代表カワノ

ColumnStoreとは？
チューニングレスで高い検索パフォーマ
ンスを実現するDWH特化型データベース

ColumnStoreとは？
• 分析/集計処理に最適なカラムストアエンジン
• MySQLとの互換性
• 専用HW不要
• リニアにスケールアウト

アーキテクチャ
大規模並列処理
Clients
User
Module
Performance
Module
ColumnStore Distributed
Data Storage
User sessions
MariaDB
SQL Front End
Query Engine
Local Storage, SAN
EBS,HDFS…

対称型マルチプロセッシング(SMP)
Clients
User
Module
Performance
Module
ColumnStore Distributed
Data Storage
User sessions
MariaDB
SQL Front End
Query Engine
Local Storage, SAN
EBS,HDFS…
CPU

Extent Map
• 物理的なセグメントファイル内
に存在する論理ブロック
• エクステント及び対応するブ
ロックを管理
• データの抽出と配置は、エクス
テントマップにより高速で処理
される
• リアルタイム解凍と圧縮
• バージョンバッファーファイル
（UNDO)

Extent Map
SELECT
COL – D
FROM
TABLE
WHERE
COL - D BETWEEN 110 AND 180
;

リニアにスケールアウト
11

おまけ
Transaction
Engine Transactions XA
Columnstore YES NO
MyISAM NO NO
InnoDB YES YES

Transaction
ColumnStore vs InnoDB
sysbench
# sysbench --test=oltp --db-driver=mysql --mysql-socket=/usr/local/mariadb/columnstore/mysql/lib/mysql/mysql.sock
--num-threads=1 --max-requests=500 --max-time=0 --oltp-test-mode=complex --mysql-user=sbtest
--mysql-password=sbtest --oltp-test-mode=nontrx --oltp-nontrx-mode=insert run
※ columnstoreは並列度が1じゃないとlockエラーするのでnum-threads=1で比較

Install
Preparing for ColumnStore Installation
https://mariadb.com/kb/en/the-mariadb-library/preparing-for-columnstore-installation/
• 上記サイトを参考にCentOS 7.2 にSingle Server構成でインストール
Item Description
Physical Server 8 core Intel / AMD, 32GB Memory
Storage
Local disk with appropriate RAID redundancy or
network attached storage
Minimum Hardware Specification

Install
ColumnStore関連パッケージインストール
# yum -y install boost expect perl perl-DBI openssl zlib file sudo libaio rsync snappy
net-tools perl-DBD-MySQL
RPMパッケージ取得 & 解凍
# wget
https://downloads.mariadb.com/ColumnStore/1.0.9/centos/x86_64/7/mariadb-
columnstore-1.0.9-1-centos7.x86_64.rpm.tar.gz
# tar zxvf mariadb-columnstore-1.0.9-1-centos7.x86_64.rpm.tar.gz # rpm -ivh *.rpm

Install
RPMパッケージインストール
# rpm -ivh *.rpm
RPMパッケージ確認
# rpm -qa | grep mariadb
mariadb-columnstore-libs-1.0.9-1.x86_64
mariadb-columnstore-platform-1.0.9-1.x86_64
mariadb-columnstore-common-1.0.9-1.el7.centos.x86_64
mariadb-columnstore-client-1.0.9-1.el7.centos.x86_64
…

Install
ColumnStore初期設定
# /usr/local/mariadb/columnstore/bin/postConfigure
Select the type of System Server install [1=single, 2=multi] (2) > 1
Enter System Name (columnstore-1) > columnstore-1
Select the type of Data Storage [1=internal, 2=external] (1) > 1
Enter the list (Nx,Ny,Nz) or range (Nx-Nz) of DBRoot IDs assigned to module 'pm1' (1) > 1
===== Performing Configuration Setup and MariaDB ColumnStore Startup =====
...
Enter 'mcsmysql' to access the MariaDB ColumnStore SQL console
Enter 'mcsadmin' to access the MariaDB ColumnStore Admin console

SQLコンソール mcsmysql
• MariaDB CoumnStore 用コンソール
• mysql コンソールと使用方法は同一

管理コンソール mcsadmin
• ColumnStore Administrative Console
• 起動/停止
• UM/PM構成管理
• 統計情報取得

管理
System operation
停止
[myuser@srv1~]# mcsadmin stopSystem [y]
起動
[myuser@srv1~]# mcsadmin startSystem
再起動
[myuser@srv1~]# mcsadmin restartSystem [y]

インポート
• cpimport インポート専用コマンド
• 高速にデータロード可能
• LOAD DATA INFILE , INSERT INTO SELECT FROM
もサポート
• 内部的にはcpimportコマンドで実行

インポート
cpimport 読み込み対象ファイル
• 区切り文字は ” | ” がデフォルト
• -s オプションで区切り文字指定
• テーブルカラムとデータの並び順を一致させる
• 一致しない場合は別途 job file を作成する必要がある
• 日付フォーマットは” yyyy-mm-dd “にしておく
• フォーマット違いは全て 0000-00-00 00:00:00 になる

インポート
cpimport
• データロード中でもテーブル参照可能
• ロード完了後に追加分の参照ができるようになる
• トランザクションログへの出力はされない

インポート
cpimport 実行例
[myuser@srv1~]# cpimport sample table1 /tmp/table1.csv –s ‘,’ –E ‘”’
Locale is : C
Column delimiter : ,
Enclosed by Character : ”
Using table OID 3278 as the default JOB ID
Input file(s) will be read from : /root/tmp
…
2017-08-31 16:16:37 (18403) INFO : For table sample.table1: 10000 rows
processed and 10000 rows inserted.
…
2017-08-31 16:16:37 (18403) INFO : Bulk load completed, total run time :
1.22974 seconds
DB TABLE File path option

INSERT SELECT
LOAD DATA INFILE

インポート
INSERT SELECT使用時の注意点
• デフォルトの区切り文字がASCIIコード ’ 7 ‘
• データに 7 が含まれる場合
infinidb_import_for_batchinsert_delimiter変数の値を
任意のascii_valueに変更する必要がある

インポート
INSERT SELECT, LOAD DATA INFILE
共通の注意点
• ロードするデータファイルサイズが大きい場合
バッファサイズ不足でロードに失敗する
• ERROR 1815 (HY000) at line 1 in file: ’table1.sql': Internal error: CAL0006: IDB-
2008: The version buffer overflowed. Increase VersionBufferFileSize or limit
the rows to be processed.

インポート
INSERT SELECT, LOAD DATA INFILE
共通の注意点
• VersionBufferFileSizeの変更手順は2つ
• Columnstore.xml を編集
• configxml.sh スクリプトでColumnstore.xmlを編集
• Columnstore.xml とは？
• ColumnStore 専用の設定ファイルを記述したXMLファイル

インポート
VersionBufferFileSize確認/変更
[myuser@srv1~]# cd /usr/local/mariadb/columnstore/etc/
[myuser@srv1~]# vi Columnstore.xml
…
<VersionBuffer>

<VersionBufferFileSize>1GB</VersionBufferFileSize>
</VersionBuffer>
…

インポート
VersionBufferFileSize確認/変更
[myuser@srv1~]# cd /usr/local/mariadb/columnstore/bin/
[myuser@srv1~]# configxml.sh getconfig VersionBuffer VersionBufferFileSize
Current value of VersionBuffer / VersionBufferFileSize is 1GB
[myuser@srv1~]# configxml.sh setconfig VersionBuffer VersionBufferFileSize 10GB
Old value of VersionBuffer / VersionBufferFileSize is 1GB
VersionBuffer / VersionBufferFileSize now set to 10GB
section variablecommand

インポート
cpimport vs LOAD DATA INFILE
CSV 10,000,000件約1GB

データサイズの確認
• columnstore_info Stored Procedure
• total_usage()
• table_usage()
ColumnStore Information Schema Tables
https://mariadb.com/kb/en/the-mariadb-library/columnstore-information-
schema-tables/#columnstore_extents

全体の使用サイズ
MariaDB [(none)]> call columnstore_info.total_usage();
+-------------------------+----------------------------+
| TOTAL_DATA_SIZE | TOTAL_DISK_USAGE |
+-------------------------+----------------------------+
| 1.49 GB | 1.58 GB |
+-------------------------+----------------------------+

Table毎の使用サイズ
MariaDB [(none)]> call columnstore_info.table_usage(NULL,NULL);
+-----------------------+---------------------+---------------------------+-------------------------+---------------------+
| TABLE_SCHEMA | TABLE_NAME | DATA_DISK_USAGE | DICT_DISK_USAGE | TOTAL_USAGE |
+-----------------------+---------------------+---------------------------+-------------------------+---------------------+
| loadtest | load_cpimport | 638.90 MB | 140.08 MB | 778.98 MB |
| loadtest | load_infile | 638.89 MB | 140.08 MB | 778.97 MB |
+-----------------------+---------------------+---------------------------+-------------------------+---------------------+

TPC-H Benchmark
InnoDB vs ColumnStore

TPC-H Benchmark
DWH 用ベンチマーク
http://www.tpc.org/tpch/

TPC-H Benchmark
HammerDB
HammerDB 2.23 を使用
http://www.hammerdb.com/

TPC-H Benchmark
検証環境
最小構成検証環境
CPU 8 core Intel / AMD 8 core Intel (Core i7-4790K)
Memory 32GB 32GB
Storage 適切なRAID冗長構成を組んだローカル
ディスク、もしくはネットワーク接続スト
レージ。
240GB(RAID0)
対応OS RHEL/CentOS v6, v7
Ubuntu 16.04 LTS
Debian v8
SUSE 12
CentOS Linux
release 7.3.1611(Core)

TPC-H Benchmark
HammerDB Install
• Release 2.23 for Linux 64-bit をダウンロード
• 実行権限を付与した上でインストーラを実行

TPC-H Benchmark
HammerDB Install
実行権限付与
# chmod a+x HammerDB-2.23-Linux-x86-64-Install
#./HammerDB-2.23-Linux-x86-64-Install
…インストールウィザードで導入

TPC-H Benchmark
HammerDB 起動確認
起動
# cd /usr/local/HammerDB-2.23
# ./hammerora.tcl
起動時に下記エラーが出る場合
wish8.5: error while loading shared libraries: libXss.so.1: cannot open shared object
file: No such file or directory
# yum install libXScrnSaver

TPC-H Benchmark
HammerDB 初期値設定
config.xml編集
# vi config.xml

TPC-H Benchmark
HammerDB 初期値設定
<?xml version="1.0" encoding="utf-8">
<hammerdb>
...
<benchmark>
<rdbms>MySQL</rdbms>
<bm>TPC-H</bm>
</benchmark>
...
</hammerdb>
...
<mysql>
...
<tpch>
<schema>
<mysql_scale_fact>1</mysql_scale_fact>
<mysql_tpch_user>root</mysql_tpch_user>
<mysql_tpch_pass>root_password</mysql_tpch_pass>
<mysql_tpch_dbase>tpch</mysql_tpch_dbase>
<mysql_num_tpch_threads>1</mysql_num_tpch_threads>
<mysql_tpch_storage_engine>innodb</mysql_tpch_storage_engine>
</schema>
...
</tpch>

TPC-H Benchmark
InnoDBデータベース作成
MySQL Host 127.0.0.1
MySQL Port 3306
MySQL User root
MySQL User password rootのパスワード
MySQL Database tpch
Data Warehouse Storage engine innodb
Scale Factor 10
Virtual Users Build Schema 1

TPC-H Benchmark
InnoDBデータベース作成

TPC-H Benchmark
全てのテーブルをCSV出力
MariaDB [tpch]> SELECT * FROM customer INTO
OUTFILE '/usr/local/mariadb/columnstore/mysql/tpch/customer.csv’
FIELDS TERMINATED BY ','
OPTIONALLY ENCLOSED BY '"';
…

TPC-H Benchmark
データベース作成
MariaDB [tpch]> CREATE DATABASE tpch_mcs CHARACTER SET utf8;
Query OK, 1 row affected (0.00 sec)
MariaDB [tpch]> use tpch_mcs;
Database changed
…

TPC-H Benchmark
テーブル作成
MariaDB [tpch_mcs]> CREATE TABLE nation (
N_NATIONKEY INTEGER NOT NULL,
N_NAME CHAR(25) NOT NULL,
N_REGIONKEY INTEGER NOT NULL,
N_COMMENT VARCHAR(152))
ENGINE=columnstore DEFAULT CHARSET=utf8;
…
※index等 columnstoreでエラーになる構文を削除

TPC-H Benchmark
ColumnStore CSVインポート
全のCSVファイルをインポート
# cpimport tpch_mcs customer '/usr/…/tpch/customer.csv' -s ',' -E '"'
…
DB TABLE File path option

TPC-H Benchmark
Table行数
Table_schema Table_name Rows
tpch lineitem 58,025,902
tpch orders 14,807,501
tpch partsupp 9,691,914
tpch part 1,980,115
tpch customer 1,485,848
tpch supplier 99,036
tpch nation 25
tpch region 5
Scale Factor = 10
Virtual Users Build Schema = 1
Scale Factor=1 で作成した場合lineitemの行数が
600万行程度
エクステントマップが効かないので 10 で作成
※
※

TPC-H Benchmark
データサイズ確認
InnoDB
MariaDB [tpch_mcs]> use tpch;
...
MariaDB [tpch]> SELECT
table_schema ,
table_name ,
engine ,
table_rows AS tbl_rows ,
avg_row_length AS rlen ,
FORMAT( (data_length + index_length) / (1024*1024*1024), 2) AS All_GB ,
FORMAT( (data_length) / (1024*1024*1024), 2) AS Data_GB ,
FORMAT( (index_length) / (1024*1024*1024), 2) AS Index_GB
FROM information_schema.tables
WHERE TABLE_SCHEMA='tpch’
ORDER BY (data_length + index_length) DESC;

TPC-H Benchmark
データサイズ確認
ColumnStore
MariaDB [tpch]> call columnstore_info.table_usage( NULL, NULL);

TPC-H Benchmark
データサイズ比較 (GB)
InnoDB ColumnStore
Table_schema Table_name Data Index Total Data Dict Total
tpch lineitem 7.83 7.55 15.38 3.03 1.94 4.97
tpch orders 1.84 0.59 2.42 0.61 1.38 1.99
tpch partsupp 1.93 0.19 2.11 0.22 1.00 1.22
tpch part 0.30 0.00 0.30 0.52 0.44 0.96
tpch customer 0.27 0.02 0.29 0.45 0.38 0.83
tpch supplier 0.02 0.00 0.02 0.01 0.13 0.14
tpch nation 0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01
tpch region 0.01 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01
Total 20.54 10.13

TPC-H Benchmark
データサイズ比較 (GB)
InnoDBと比較してデータサイズが51%減少
大幅なDisk I/O削減が期待できる

TPC-H Benchmark
クエリ書き換え
Query # Error
Query 2 ERROR 1815 (HY000): Internal error: IDB-3012: Scalar filter and semi join are not from the same
pair of tables.
Query 5 ERROR 1815 (HY000): Internal error: IDB-1003: Circular joins are not supported.
Query 17 ERROR 1815 (HY000): Internal error: IDB-3012: Scalar filter and semi join are not from the same
pair of tables.
Query 19 ERROR 1815 (HY000): Internal error: IDB-1000: 'lineitem' and 'part' are not joined.
ColumnStoreで実行する場合クエリを書き換える必要がある

TPC-H Benchmark
hdb_tpch.tcl書き換え
hdb_tpch.tcl のクエリを書き換える
# vi hdb_tpch.tcl

TPC-H Benchmark
hdb_tpch.tcl書き換え
#TPCH QUERY GENERATION
proc set_query { myposition } {
global sql
set sql(1) "select l_returnflag, l_linestatus, sum(l_quantity)…
set sql(2) "select s_acctbal, s_name, n_name, p_partkey, p_mfgr…
…
set sql(5) "select n_name, sum(l_extendedprice * (1 - l_discount)) …
…
set sql(17) "select sum(l_extendedprice) / 7.0 as avg_yearly from …
…
set sql(19) "select sum(l_extendedprice * (1 - l_discount)) as revenue …
…
set sql(22) "select cntrycode, count(*) as numcust, sum(c_acctbal) as
}
6,081 ~ 6,106 行目

TPC-H Benchmark
hdb_tpch.tcl download
JPMUG-KK/MariaDB
https://github.com/JPMUG-KK/MariaDB

TPC-H Benchmark
my.cnf 編集
# cd /usr/local/mariadb/columnstore/mysql
# vi my.conf
…
# You can set .._buffer_pool_size up to 50 - 80 %
# of RAM but beware of setting memory usage too high
innodb_buffer_pool_size = 20GB
#innodb_additional_mem_pool_size = 20M
# Set .._log_file_size to 25 % of buffer pool size
#innodb_log_file_size = 100M
#innodb_log_buffer_size = 8M
#innodb_flush_log_at_trx_commit = 1
#innodb_lock_wait_timeout = 50
InnoDBでベンチマーク時のみ有効にする

TPC-H Benchmark
ベンチマーク実行
MySQL Host 127.0.0.1
MySQL Port 3306
MySQL User root
MySQL User password rootのパスワード
MySQL Database tpch or tpch_mcs
Data Warehouse Storage engine innodb
Scale Factor 10
Virtual Users Build Schema 1

TPC-H Benchmark

TPC-H Benchmark
Virtual Users 1
User Delay(ms) 0
Repeat Delay(ms) 0
Iterations 1
Show Output Check
Log Output Temp Uncheck

TPC-H Benchmark
ベンチマーク比較(sec)
Engine
Query
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
InnoDB 83.21 17.97 28.69 2.46 76.25 16.04 7.54 22.17 234.23 4.77 2.01
ColumnStore 7.74 1.38 1.87 7.86 2.82 0.63 8.29 1.81 8.02 2.32 0.39
Engine
Query
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
InnoDB 110.70 20.71 2.64 39.38 2.83 5.40 - 2.38 1.35 12.96 0.82
ColumnStore 1.43 4.02 1.05 1.36 1.37 12.48 6.69 3.45 3.36 12.32 4.67

TPC-H Benchmark
ベンチマーク比較

TPC-H Benchmark
考察
• ColumnStoreの真価を発揮できているだろうか？
• ColumnStoreの真価は並列処理とエクステントマップの有効活用

TPC-H Benchmark
実行計画を取得する
• EXPLAINでは有益な情報を得られない
• 専用関数 calSetTrace(), calGetTrace() を使用する

TPC-H Benchmark
MariaDB [tpc_mcs]> select calSetTrace(1);
MariaDB [tpc_mcs]> select l_returnflag, l_linestatus, sum(l_quantity) as sum_qty, …
MariaDB [tpc_mcs]> select calGetTrace();

TPC-H Benchmark
Desc Mode Table TableOID ReferencedColumns PIO LIO PBE Elapsed Rows
BPS PM lineitem 4042 (L_DISCOUNT,
L_EXTENDEDPRICE,
L_LINESTATUS,
L_QUANTITY,
L_RETURNFLAG,
L_SHIPDATE, L_TAX)
136074 278562 0 7.451 488
TNS UM 7.354 4
Partition Blocks Eliminated
• エクステントマップにより読み飛ばしたブロックサイズ
• この値が0の場合、エクステントマップの恩恵を得られていない
Query 1 実行計画

TPC-H Benchmark
エクステントマップ確認
• 調査対象のカラムOID取得
• editemプロセスからエクステントマップ情報を取得
• 引数にカラムID必須

カラムOID取得
Select
`schema`,
`tablename`,
`columnname`,
`objectid`
From
calpontsys.syscolumn
Where
`schema` = ‘対象スキーマ名’
and `tablename` = ‘対象テーブル名’
and `tablename` = ‘対象カラム名’
;

editemプロセスから情報取得
[myuser@srv1~]# /usr/local/mariadb/columnstore/bin/editem -o 4043
Col OID = 4043, NumExtents = 8, width = 4
5306368 - 5310463 (4096) min: 130551998, max: 130987966, seqNum: 1,
state: valid, fbo: 0, DBRoot: 1, part#: 0, seg#: 0, HWM: 0; status: avail
5468160 - 5472255 (4096) min: 130551998, max: 130987966, seqNum: 1,
state: valid, fbo: 0, DBRoot: 1, part#: 0, seg#: 1, HWM: 0; status: unavail
5621760 - 5625855 (4096) min: 130551998, max: 130987966, seqNum: 1,
state: valid, fbo: 0, DBRoot: 1, part#: 0, seg#: 2, HWM: 0; status: unavail
…

TPC-H Benchmark
state Num min max seqNum fbo DBRoot part# seg# HWM
valid 5306368 - 5310463 (4096) 130551998 130987966 1 0 1 0 0 0
valid 5468160 - 5472255 (4096) 130551998 130987966 1 0 1 0 1 0
valid 5621760 - 5625855 (4096) 130551998 130987966 1 0 1 0 2 0
valid 5775360 - 5779455 (4096) 130551998 130987966 1 0 1 0 3 0
valid 5928960 - 5933055 (4096) 130551998 130987966 1 4096 1 0 0 8191
valid 6074368 - 6078463 (4096) 130551998 130987966 1 4096 1 0 1 8191
valid 6219776 - 6223871 (4096) 130551998 130987966 1 4096 1 0 2 8191
valid 6365184 - 6369279 (4096) 130551998 130987966 1 4096 1 0 3 4725
各エクステントの MIN/MAX値が同値=絞り込み不可
lineitem テーブル l_shipdateカラムエクステントマップ詳細

TPC-H Benchmark
まとめ
•ColumnStoreはInnoDBと比較して7倍高速
• ただし並列処理の恩恵のみ
TPC-H でベンチマークする場合エクステントマップの恩恵は得られない
• エクステントマップの恩恵を得られれば
更に高速化できる余地はある

•Columnstore.xml
•AllowDiskBasedJoin = Y
•my.cnf
•infinidb_use_decimal_scale = 1
•infinidb_decimal_scale = 3
TPC-H Benchmark
SF100~大きなデータサイズでの検証
Query22 が失敗する場合
Query1 が失敗する場合

TPC-H Benchmark
CPU使用率傾向の違い
InnoDB ColumnStore

mariadb-columnstore-samples
Flight data source
• mariadb-corporation/mariadb-columnstore-
samples
• https://github.com/mariadb-corporation/mariadb-
columnstore-samples/tree/master/flights
# このサンプルでは2016年のデータのみ
• 2013~2017 flight data
• https://downloads.mariadb.com/ColumnStore/sampledata
/flights/

Flight data source
• JPMUG-KK/MariaDB_Columnstore_flight_data
• https://github.com/JPMUG-
KK/MariaDB_Columnstore_flight_data
簡単にColumnstore&InnoDBにデータをインポート

Flight data summary
TableName Rows InnoDB ColumnStore
Flight 約2,300万 2.46GB 1.24GB
airports 342 0.06MB 9.55MB
airlines 17 0.02MB 2.25MB