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SQL Server 2014 実践シリーズ (HTML 版)
「No.1 インメモリ OLTP 機能の実践的な利用方法」

松本美穂と松本崇博が執筆した SQL Server 2014 実践シリーズの「No.1 インメモリ OLTP 機能の実践的な利用方法」の HTML 版です。 日本マイクロソフトさんの Web サイトで Word または PDF 形式でダウンロードできますが、今回、HTML 版として公開する許可をいただきましたので、ここに掲載いたします。[2015年12月29日]

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1.6 RDB での主な性能低下をインメモリ OLTP で解決

従来ながらのディスク ベースの RDB(リレーショナル データベース)では、性能低下を引き起こす原因として、主に次の 5つがあります。

00024

これらが原因で性能が低下している場合は、インメモリ OLTP 機能を採用することで、性能向上を期待することができます。

ロック待ちラッチ待ちは、前述したように、多数のユーザーが同時に同じデータ(やページ)を操作することで発生する "待ち" ですが、インメモリ OLTP 機能では、ロックおよびラッチを利用しないアーキテクチャ(Lock Free/Latch Free)を採用しているので、こういった待ちに悩まされることがなくなります。

バッファ管理は、ディスクからデータ バッファ(メモリ)への読み込みチェックポイント時のデータ ファイル(.mdf)への書き込みがありますが、前者はメモリを追加することで対応できます。インメモリ OLTP では、テーブル内の全てのデータをメモリへ配置(インメモリ化)します。その分のメモリが必要になりますが、データベース内のすべてのテーブルをインメモリ化する必要はなく、性能を向上させたいテーブルのみをインメモリ化することができます。

チェックポイント時のデータ ファイルへの書き込みは、詳しくは後述しますが、従来のデータベース エンジンよりも、インメモリ OLTP 機能でのデータの書き込みのほうが負荷が軽いことを確認しています。また、インメモリ OLTP 機能では、SCHEMA_ONLY(データの永続化なし)オプションを利用して、データの書き込みを行わないようにすることもできます。

インデックス管理は、従来のデータベース エンジンにおける通常のインデックス(b-tree 構造)でのメンテナンス コストです。b-tree インデックスでは、データが追加/更新されて、データが増えていくと、断片化が発生して、速度低下を引き起こします。これを解消するには、インデックスを再構築(ReBuild)または再構成(ReOrganize)しなければなりません。この処理は、処理の履歴をトランザクション ログへ書き込むので、データベース ミラーリングや、AlwaysOn 可用性グループを利用している場合には、その処理履歴をミラー サーバーへ転送する負荷もかかります。

インメモリ OLTP 機能では、ハッシュ インデックスがサポートされたことで、断片化に悩まされることがなくなり、再構築や再構成は必要ありません。また、インデックスに関する更新情報は、トランザクション ログに記録しないアーキテクチャを採用しているので、ログへの書き込み量を削減できるというメリットも得られます。

ログへの書き込みは、前述したように、インメモリ OLTP 機能でも、SCHEMA_AND_DATA(データの永続化有り)オプションを利用している場合には行いますが、インデックスに関する更新情報をログへ記録しない分、性能面でのメリットが得られます。また、Delayed Durability(遅延書き込み)オプションを利用することで、ログへの書き込みを非同期で行えるようになるので、性能向上を実現することができます。

SCHEMA_ONLY(データの永続化なし)オプションを利用した場合であれば、ログへの書き込みを行わないこともできるので、その分大きく性能を向上させることができます。

Tips: ファイルの自動拡張は大きな性能低下の原因
RDB の速度低下の原因としては、「ファイルの自動拡張」も存在します。例えば、次のようにファイル サイズを指定しないでデータベースを作成したとします。

CREATE DATABASE DB1

この場合は、5MBのデータ ファイル(.mdf)と 2MBのトランザクション ログ ファイル(.ldf)が作成されて、容量が足りなくなった場合にはファイルが自動拡張していきます(データ ファイルは 1MBずつ、ログ ファイルは現在のサイズの 10%ずつ拡張)。
しかし、ログ ファイルの自動拡張が発生した場合には、その間(拡張が完了するまで)、ユーザーのトランザクションが完全にブロックされることに注意しなければなりません。例えば、現在のログ ファイルのサイズが 10GB で、10%の自動拡張で 1GB分の拡張が必要だったとします。このとき、ディスクの書き込み性能が 100MB/sec 程度である場合には、1GB 分の拡張に 10秒かかることになります(ディスクの性能が 500MB/sec なら 2秒)。そして、この間はユーザーのトランザクションが完全にブロックされるわけです。もし、SLA(サービス レベル保証)で 3秒以内に結果を返す、と定義している場合には、10秒間の処理待ちが発生したとしたらアウトになるわけです。
このような問題に対処するには、ログ ファイルのサイズを、あらかじめ大きめのサイズへ変更しておくことです。インメモリ OLTP 機能でも、SCHEMA_AND_DATA(データの永続化有り)オプションを利用している場合には、ログ ファイルへの書き込みを行うので、サイズを大きくしておかないと、同じ問題が起こり得ます。十分大きなサイズへ設定しておくことをお勧めします。なお、SCHEMA_ONLY(永続化なし)オプションを利用した場合には、ログへの書き込みは行わないので、この問題は発生しません。

■ データ ファイルの場合は瞬時初期化によって瞬時に拡張される
データ ファイルの場合は、瞬時初期化機能を有効化しておくことで、ファイルの自動拡張が発生しても、瞬時に拡張が完了するので、ログ ファイルのように大きな問題とはなりません(ログ ファイルは瞬時初期化機能が効きません)。
瞬時初期化機能を有効化しておくことは、インメモリ OLTP 機能でも SCHEMA_AND_DATA オプションを利用する場合に重要になるので、有効化する方法については第3章で説明します。

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事例1

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