막힘없이 PostgreSQL

CHAPTER 01 PostgreSQL 아키텍처
1. 주요 프로세스
1.1 Postmaster 프로세스
1.2 Backend 프로세스
1.3 Background 프로세스

2. 메모리
2.1 공유 메모리(Shared Memory)
2.2 로컬 메모리(Local Memory)

3. PostgreSQL 구조
3.1 논리 구조(Logical Structure)
3.2 물리 구조(Physical Structure)

4. Shared Buffer
4.1 Shared Buffer 구성 요소
4.2 Shared Buffer에서 데이터 읽기
4.3 Clock Sweep
4.4 PostgreSQL IO 전략

5. WAL(Write-Ahead Log)
5.1 WAL 세그먼트 파일
5.2 체크포인트(Checkpoint)
5.3 WAL 세그먼트 파일관리
5.4 WAL 레코드 기록하기
5.5 WAL 파일을 이용한 데이터 복구

CHAPTER 02 트랜잭션과 MVCC
1. 트랜잭션 격리 수준(Transaction Isolation Level)
1.1 PostgreSQL에서의 격리 수준

2. 데이터 저장 구조
2.1 페이지 구조
2.2 Transaction ID
2.3 튜플 구조
2.4 튜플 버전
2.5 인덱스와 튜플

3. 스냅샷(Snapshot)
3.1 스냅샷이란?
3.2 스냅샷과 튜플 가시성
3.3 스냅샷과 데이터베이스 Horizon
3.4 Exporting Snapshot
3.5 Snapshot too old

4. 단일 페이지 정리와 HOT 업데이트
4.1 Fillfactor
4.2 단일 페이지 정리(Single Page Cleanup)
4.3 HOT(Heap Only Tuple) Update

5. MVCC(Multi Version Concurrency Control)
5.1 MVCC란?
5.2 XID 순환 구조와 Frozen XID
5.3 Age

6. Vacuum and Autovacuum
6.1 Vacuum
6.2 Autovacuum

CHAPTER 03 락(LOCK)
1. 객체 레벨 락(Object Level Lock)
1.1 객체 타입
1.2 객체 락 모드

2. 행 레벨 락(Row Level Lock)
2.1 행 레벨 락 모드
2.2 다중 트랜잭션(Multitransactions)
2.3 튜플 락 대기
2.4 Dead Lock

3. 메모리 레벨 락(Memory Level Lock)
3.1 Light-Weight Lock(LWLocks)
3.2 Spinlocks
3.3 Buffer Pin Lock
3.4 WAL Buffer Lock
3.5 메모리 락 모니터링

CHAPTER 04 SQL Execution
1. Cost Based Optimizer
1.1 CBO Cost

2. PostgreSQL 통계정보
2.1 수동 통계정보 수집
2.2 통계정보 관리

3. 실행 계획
3.1 실행계획 추출 방법
3.2 실행계획 분석

4. SQL처리 과정
4.1 SQL 처리 프로세스
4.2 Prepare Statement

5. 스캔 방법(Scan Method)
5.1 Sequential Scan
5.2 Index Scan
5.3 Bitmap Index Scan
5.4 Index Only Scan
5.5 Covering Index

6. 조인 방법(Join Method)
6.1 Nested Loop Join
6.2 Hash Join
6.3 Sort-Merge Join

Appendix
1. 격리 수준에 따른 이상 현상
1.1 Read Committed
1.2 Repeatable Read
1.3 Serializable

2. 테이블 팽창(Bloating) 모니터링

3. SQL 모니터링
3.1 pg_stat_statements
3.2 pg_stat_monitor

(서문)
처음 PostgreSQL을 접한 것은 5년 전 회사 솔루션에 오픈소스 데이터베이스로 Post greSQL을 도입하게 된 것이 계기였습니다. 당시에는 성능 문제가 발생할 때마다 해결 방안을 찾기 위해 간헐적으로 PostgreSQL을 살펴보는 수준에 그쳤습니다. 그러나 “목마른 사람이 우물을 판다.”는 말처럼 문제를 해결하고자 깊이 탐구하다 보니 결국 책까지 쓰게 되었습니다.

최근 클라우드 환경이 확산되면서 PostgreSQL에 대한 관심이 점점 높아지고, 이를 기반으로 한 오픈소스 데이터베이스도 다양하게 출시되고 있습니다. PostgreSQL은 오픈소스 환경임에도 불구하고 다양한 성능 통계를 활용하여 성능 분석과 튜닝을 할 수 있는 강력한 기능을 제공합니다. 게다가 지속적인 버전 업그레이드를 통해 옵티마이져가 개선되고 있으며, 성능 분석에 유용한 확장 팩도 꾸준히 개발되고 있습니다.

이 책은 PostgreSQL 초·중급 독자를 대상으로 성능 관리를 위해 반드시 알아야 할 핵심 주제들로 구성되어 있습니다. 아키텍처, 트랜잭션, MVCC, Vacuum, 락(Lock), SQL 실행 계획 등 PostgreSQL의 핵심 기능을 심도 있게 다루었습니다. 단순히 이론만 서술하는 것을 넘어, 다양한 테스트와 검증을 통해 내부 작동 원리를 명확히 이해할 수 있도록 집필하였습니다. 이러한 구성 덕분에 막힘없이 PostgreSQL에 도전할 수 있기를 기대하며 책 제목을 “막힘없이 PostgreSQL”로 정하게 되었습니다. 특히 기술적으로 어렵다고 생각되는 내용을 독자들이 쉽게 이해할 수 있도록 다양한 그림과 시각 자료를 활용하였으며, 원리를 직접 체험해 볼 수 있도록 실습 예제와 스크립트도 함께 제공하였습니다. 참고로 모든 테스트는 PostgreSQL 14 버전 이상에서 수행할 수 있도록 구성했습니다.
이 책이 세상에 나오기까지 많은 분들의 도움이 있었습니다. 평소 “기술자는 지식을 나누어야 한다.”는 철학을 강조하시며 지식 공유의 가치를 일깨워 주신 조종암 회장님께 깊이 감사드립니다. 또한, 책이 출간되기를 응원하며 기다려 주신 고평석 사장님과 집필을 결심하도록 용기를 준 정동기 본부장님께도 감사의 인사를 전합니다. 컨설팅 업무를 병행하며 책을 집필하는 일은 결코 쉽지 않았습니다. 그럼에도 불구하고 밤잠을 줄이고 주말도 반납하며 묵묵히 책임을 다해준 김철환 이사님, 박관규 수석님, 김규민 책임님께 진심으로 감사드립니다. 아울러, 디자인과 편집에 열정을 다해 준 송유림 수석님께도 깊은 감사의 마음을 전합니다.

어느 분야에서나 지속 가능한 역량을 유지하는 길은 결국 배움에 있다고 믿습니다.
배움의 길에는 끝이 없기에, 이 책도 ‘배워서 남 주자’는 마음으로 집필하였습니다.

비록 더 많은 내용을 담지 못해 아쉬움이 남지만 독자 여러분께 조금이라도 도움이 되기를 희망합니다.

2024년 12월