[RealMySQL 8.0] 4장 아키텍처 (1/4) - MySQL 엔진 아키텍처

이도(李裪)

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[RealMySQL 8.0] 4장 아키텍처 (1/4) - MySQL 엔진 아키텍처

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[RealMySQL 8.0] 4장 아키텍처 (1/4) - MySQL 엔진 아키텍처

Created

2022/08/11

MySQL의 전체 구조

MySQL 서버는 다른 DBMS에 비해 구조가 상당히 독특하다. 이러한 독특한 구조 때문에 다른 DBMS에서는 가질 수 없는 엄청난 혜택을 누릴 수 있으며, 반대로 다른 DBMS에서는 문제되지 않을 것들이 가끔 문제가 되기도 한다.

MySQL은 일반 사용 RDBMS와 같이 대부분의 프로그래밍 언어로부터 접근 방법을 모두 지원한다.

•

MySQL의 고유 C API, JDBC, ODBC, .NET의 표준 드라이버

•

이러한 드라이버를 이용해 C/C++, PHP, JAVA, Pearl, Ruby, .NET, 코볼까지 모든 언어로 MySQL 서버에서 쿼리를 사용할 수 있게 지원

MySQL 서버는 크게 MySQL 엔진과 스토리지 엔진으로 구분할 수 있다.

MySQL 엔진

MySQL 엔진은

•

커넥션 핸들러: 클라이언트로부터의 접속 및 쿼리 요청을 처리

•

SQL 파서 및 전처리기

•

옵티마이저: 쿼리의 최적화된 실행을 담당

•

SQL 인터페이스: 표준 SQL (ANSI SQL) 문법을 지원하기 때문에 표준 문법에 따라 작성된 커리는 타 DBMS와 호환되어 실행될 수 있다

ANSI SQL vs Oracle SQL 차이

--- ANSI SQL
SELECT *
FROM user
JOIN user.user_id ON post.user_id;


--- 일반적인 조인 (모든 DB에서 사용가능)
SELECT *
FROM user, post
WHERE user.user_id = post.user_id;

--- ANSI SQL 조인 형식
SELECT *
FROM user LEFT OUTER JOIN post  // LEFT OUTER JOIN에 주목
ON user.user_id = post.user_id;


--- 오라클 조인 형식
SELECT *
FROM user, post
WHERE user.user_id = post.user_id(+) // (+)에 주목
SQL
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스토리지 엔진

실제 데이터를 디스크 스토리지에 저장하거나 디스크 스토리지로부터 데이터를 읽어오는 부분을 담당

MySQL 서버에서 MySQL 서버는 하나지만 스토리지 엔진은 여러 개를 동시에 사용할 수 있다.

테이블이 사용할 스토리지 엔진을 지정하면 이후 해당 테이블의 모든 읽기 작업이나 변경 작업은 정의된 스토리지 엔진이 처리한다.

mysql> CREATE TABLE test_table (fd1, INT, fd2 INT) ENGINE=INNODB;
SQL
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각 스토리지 엔진은 성능 향상을 위해 키 캐시(MyISAM 스토리지 엔진)나 InnoDB 버퍼 풀(InnoDB 스토리지 엔진)과 같은 기능을 내장하고 있다.

핸들러 API

MySQL 엔진의 쿼리 실행기에서 데이터를 쓰거나 읽어야 할 때는 각 스토리지 엔진에 쓰기 또는 읽기를 요청하는데, 이러한 요청을 핸들러(Handler) 요청이라 한다. 여기에서 사용되는 API를 핸들러 API라고 한다.

InnoDB 스토리지 엔진 또한 이 핸들러 API를 이용해 MySQL 엔진과 데이터를 주고 받는다.

이 핸들러 API를 통해 얼마나 많은 데이터(레코드) 작업이 있었는지는 다음 명령으로 확인할 수 있다.

SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'Handler%';

+--------------------------+-------+
|Variable_name             |Value  |
+--------------------------+-------+
|Handler_commit            |1364836|
|Handler_delete            |10364  |
|Handler_discover          |0      |
|Handler_external_lock     |9052659|
|Handler_mrr_init          |0      |
|Handler_prepare           |69872  |
|Handler_read_first        |1381582|
|Handler_read_key          |3726332|
|Handler_read_last         |3      |
|Handler_read_next         |1525907|
|Handler_read_prev         |3111   |
|Handler_read_rnd          |28302  |
|Handler_read_rnd_next     |3942714|
|Handler_rollback          |34563  |
|Handler_savepoint         |15     |
|Handler_savepoint_rollback|0      |
|Handler_update            |46540  |
|Handler_write             |1195996|
+--------------------------+-------+
SQL
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MySQL 스레딩 구조

MySQL 서버는 프로세스 기반이 아니라 스레드 기반으로 작동한다.

크게 프그라운드(Foreground) 스레드와 백그라운드(Background) 스레드로 구분할 수 있다.

MySQL 서버에서 실행 중인 스레드의 목록은 다음과 같이 performance_schema 데이터베이스의 threads 테이블을 통해 확인할 수 있다.

mysql> SELECT thread_id, name, type, processlist_user, processlist_host
			FROM performance_schema.threads ORDER BY type, thread_id;

+-----------+---------------------------------------------+------------+------------------+------------------+
| thread_id | name                                        | type       | processlist_user | processlist_host |
+-----------+---------------------------------------------+------------+------------------+------------------+
|         1 | thread/sql/main                             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|         2 | thread/mysys/thread_timer_notifier          | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|         4 | thread/innodb/io_ibuf_thread                | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|         5 | thread/innodb/io_log_thread                 | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|         6 | thread/innodb/io_read_thread                | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|         7 | thread/innodb/io_read_thread                | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|         8 | thread/innodb/io_read_thread                | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|         9 | thread/innodb/io_read_thread                | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        10 | thread/innodb/io_write_thread               | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        11 | thread/innodb/io_write_thread               | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        12 | thread/innodb/io_write_thread               | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        13 | thread/innodb/io_write_thread               | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        14 | thread/innodb/page_flush_coordinator_thread | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        15 | thread/innodb/log_checkpointer_thread       | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        16 | thread/innodb/log_flush_notifier_thread     | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        17 | thread/innodb/log_flusher_thread            | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        18 | thread/innodb/log_write_notifier_thread     | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        19 | thread/innodb/log_writer_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        20 | thread/innodb/log_files_governor_thread     | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        25 | thread/innodb/srv_lock_timeout_thread       | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        26 | thread/innodb/srv_error_monitor_thread      | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        27 | thread/innodb/srv_monitor_thread            | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        28 | thread/innodb/buf_resize_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        29 | thread/innodb/srv_master_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        30 | thread/innodb/dict_stats_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        31 | thread/innodb/fts_optimize_thread           | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        32 | thread/mysqlx/worker                        | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        33 | thread/mysqlx/worker                        | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        38 | thread/innodb/buf_dump_thread               | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        39 | thread/innodb/clone_gtid_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        40 | thread/innodb/srv_purge_thread              | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        41 | thread/innodb/srv_worker_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        42 | thread/innodb/srv_worker_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        43 | thread/innodb/srv_worker_thread             | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        45 | thread/sql/signal_handler                   | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        46 | thread/mysqlx/acceptor_network              | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        47 | thread/mysqlx/acceptor_network              | BACKGROUND | NULL             | NULL             |
|        44 | thread/sql/event_scheduler                  | FOREGROUND | event_scheduler  | localhost        |
|        48 | thread/sql/compress_gtid_table              | FOREGROUND | NULL             | NULL             |
|        49 | thread/sql/one_connection                   | FOREGROUND | root             | localhost        |
+-----------+---------------------------------------------+------------+------------------+------------------+
40 rows in set (0.00 sec)
SQL
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로컬 환경에서 실행했을 때 전체 40개의 스레드가 실행 중이며, 그 중 37개가 백그라운드 스레드이고, 나머지 3개만 포그라운드 스레드로 표시돼 있다.

이 중에서 마지막 thread/sql/one_connection 스레드만 실제 사용자의 요청을 처리하는 포그라운드 스레드다.

백그라운드 스레드의 개수는 MySQL 서버의 설정 내용에 따라 가변적일 수 있다. 동일한 이름의 스레드가 2개 이상씩 보이는 것은 MySQL 서버의 설정 내용에 의해 여러 스레드가 동일 작업을 병렬로 처리하는 경우다.

 책에서 소개하는 스레드 모델은 MySQL 서버가 전통적으로 가지고 있던 스레드 모델 (MySQL 커뮤니티 에디션)
MySQL 엔터프라이즈 에디션과 Percona MySQL 서버에서는 전통적인 스레드 모델뿐 아니라 스레드 풀(Thread Pool) 모델을 사용할 수도 있다.

스레드 풀과 전통적인 스레드 모델의 가장 큰 차이점은 포그라운드 스레드와 커넥션의 관계다. 
- 전통적인 스레드 모델은 커넥션별로 포그라운드 스레드가 하나씩 생성되고 할당된다.
- 스레드 풀에서는 커넥션과 포그라운드 스레드는 1:1 관계가 아니라 하나의 스레드가 여러 개의 컨게션 요청을 전담한다

포그라운드 스레드 (클라이언트 스레드)

포그라운드 스레드는 최소한 MySQL 서버에 접속된 클라이언트의 수만큼 존재

주로 각 클라이언트 사용자가 요청하는 쿼리 문장을 처리

커넥션을 종료하면 해당 커넥션을 담당하던 스레드는 다시 스레드 캐시(Thread Cache)로 되돌아간다

•

이때 이미 스레드 캐시에 일정 개수 이상의 대기 중인 스레드가 있으면 스레드 캐시에 넣지 않고 스레드를 종료시켜 일정 개수의 스레드만 스레드 캐시에 존재하게 한다

•

스레드 캐시에 유지할 수 있는 최대 스레드 개수는 thread_cahce_size 시스템 변수로 설정

포그라운드 스레드는 데이터를 MySQL의 데이터 버퍼나 캐시로부터 가져오며 버퍼나 캐시에 없는 경우에는 직접 디스크의 데이터나 인덱스 파일로부터 데이터를 읽어와서 작업을 처리한다.

MyISAM 테이블은 디스크 쓰기 작업까지 포그라운드 스레드가 처리하지만,

InnoDB 테이블은 데이터 버퍼나 캐시까지만 포그라운드 스레드가 처리하고, 나머지 버퍼로부터 디스크까지 기록하는 작업은 백그라운드 스레드가 처리한다.

백그라운드 스레드

MyISAM의 경우에는 별로 해당 사항이 없는 부분이지만 InnoDB는 다음과 같이 여러 가지 작업이 백그라운드로 처리된다.

•

인서트 버퍼(Insert Buffer)를 병합하는 스레드

•

️ 로그를 디스크로 기록하는 스레드 (Log Thread)

•

️ InnoDB 버퍼 풀의 데이터를 디스크에 기록하는 스레드 (Write Thread)

•

데이터를 버퍼로 읽어오는 스레드

•

잠금이나 데드락을 모니터링하는 스레드

MySQL 5.5 버전부터는 데이터 쓰기 스레드와 데이터 읽기 스레드의 개수를 2개 이상 지정할 수 있게 됐으며, innodb_write_io_threads 와 innodb_read_io_threads 시스템 변수로 스레드의 개수를 설정한다.

InnoDB에서도 데이터를 읽는 작업은 주로 클라이언트 스레드에서 처리되기 때문에 읽기 스레드는 많이 설정할 필요가 없지만

쓰기 스레드는 아주 많은 작업을 백그라운드로 처리하기 때문에 일반적인 내장 디스크를 사용할 때는 2~4 정도, DAS나 SAN과 같은 스토리지를 사용할 때는 디스크를 최적으로 사용할 수 있을 만큼 충분히 설정하는 것이 좋다.

데이터의 쓰기 작업은 지연(버퍼링)되어 처리될 수 있지만 데이터의 읽기 작업은 절대 지연될 수 없다. (사용자가 SELECT 쿼리를 실행했는 데 “요청된 SELECT를 10분 뒤에 결과를 돌려주겠다"라고 응답을 보내는 DBMS는 없다)

그래서 일반적인 상용 DBMS에는 대부분 쓰기 작업을 버퍼링해서 일괄 처리하는 기능이 탑재, InnoDB 또한 이러한 방식으로 처리한다.

이러한 이유로 InnoDB에서는 INSERT, UPDATE, DELETE 쿼리로 데이터가 변경되는 경우 데이터가 디스크의 데이터 파일로 완전히 저장될 때까지 기다리지 않아도 된다.

반면, MyISAM은 그렇지 않고 사용자 스레드가 쓰기 작업까지 함께 처리하도록 설계돼 있다. MyISAM에서 일반적인 쿼리는 쓰기 버퍼링 기능을 사용할 수 없다.

메모리 할당 및 사용 구조

MySQL에서 사용되는 메모리 공간은 크게 글로벌 메모리 영역과 로컬 메모리 영역으로 구분할 수 있다.

글로벌 메모리 영역의 모든 메모리 공간은 MySQL 서버가 시작되면서 운영체제로부터 할당된다. 운영체제의 종류에 따라 다르겠지만 요청된 메모리 공간을 100% 할당해줄 수도 있고, 그 공간만큼 예약해두고 필요할 때 조금씩 할당해주는 경우도 있다. 그냥 단순하게 MySQL의 시스템 변수로 설정해 둔 만큼 운영체제로부터 메모리를 할당받는다고 생각해도 된다.

글러보러 메모리 영역과 로컬 메모리 영역은 MySQL 서버 내에 존재하는 많은 스레드가 공유해서 사용하는 공간인지 여부에 따라 구분된다.

글로벌 메모리 영역

일반적으로 클라이언트 스레드의 수와 무관하게 하나의 메모리 공간만 할당된다. 단 필요에 따라 2개 이상의 메모리 공간을 할당받을 수도 있지만 클라이언트의 스레드 수와는 무관하며, 생성된 글로벌 영역이 N개라 하더라도 모든 스레드에 의해 공유된다.

대표적인 글로벌 메모리 영역은 다음과 같다

•

테이블 캐시

•

InnoDB 버퍼 풀

•

InnoDB 어댑티브 해시 인ㄷ게스

•

InnoDB Redo 로그 버퍼

로컬 메모리 영역

세션 메모리 영역이라고도 표현하며, MySQL 서버상에 존재하는 클라이언트 스레드가 쿼리를 처리하는 데 사용하는 메모리 영역이다.

대표적으로 커넥션 버퍼와 정렬(sort) 버퍼 등이 있다.

클라이언트가 MySQL 서버에 접속하면 MySQL 서버에서는 클라이언트 커넥션으로부터 요청을 처리하기 위해 스레드를 하나씩 할당하게 되는데, 클라이언트 스레드가 사용하는 메모리 공간이라고 해서 클라이언트 메모리 영역이라고도 한다. 크라링언트와 MySQL 서버와의 커넥션을 세션이라 하기 때문에 로컬 메모리 영역을 세션 메모리 영역이라고도 표현한다.

로컬 메모리는 각 클라이언트 스레드별로 독립적으로 할당되며 절대 공유되어 사용되지 않는다는 특징이 있다. 일반적으로 글로벌 메모리 영역의 크기는 주의해서 설정하지만 소트 버퍼와 같은 로컬 메모리 영역은 크게 신경 쓰지 않고 설정하는데, (가능성은 희박하지만) 최악의 경우 MySQL 서버가 메모리 부족으로 멈춰 버릴 수도 있으므로 적절한 메모리 공간을 설정하는 것이 중요하다.

또 한가지 중요한 특징은 각 쿼리의 용도별로 필요할 때만 공간이 할당되고 필요하지 않은 경우에는 MySQL이 메모리 공간을 할당조차 하지 않을 수도 있다는 점이다. 대표적으로 소트 버퍼나 조인 버퍼와 같은 공간이 그러하다

그리고 로컬 메모리 공간은 커넥션이 열려 있는 동안 계속할당된 상태로 남아 있는 공간도 있고 (커넥션 버퍼나 결과 버퍼), 그렇지 않고 쿼리를 실행하는 순간에만 할당했다가 다시 해제하는 공간 (소트 버퍼나 조인 버퍼)도 있다.

대표적인 로컬 메모리 영역은 다음과 같다

•

정렬 버퍼 (Sort buffer)

•

조인 버퍼

•

바이너리 로그 캐시

•

네트워크 버퍼

플러그인 스토리지 엔진 모델

MySQL의 독특한 구조 중 대표적인 것이 바로 플러그인 모델이다.

플러그인해서 사용할 수 있는 것들

•

스토리지 엔진

•

전문 검색 엔진을 위한 검색어 파서(인덱싱할 키워드를 분리해내는 작업)도 플러그인 형태로 개발해서 사용할 수 있으며

•

사용자의 인증을 위한 Native Authentication과 SHA-2 Authentication 등도 모두 플러그인으로 구현되어 제공된다

MySQL은 이미 기본적으로 많은 스토리지 엔진을 가지고 있다. 하지만 이 세상의 수많은 사용자의 요구 조건을 만족시키기 위해 기본적으로 제공되는 스토리지 엔진 이외에 부가적인 기능을 더 제공하는 스토리지 엔진이 필요할 수 있으며, 이러한 요건을 기초로 직접 스토리지 엔진을 개발하는 것도 가능하다.

MySQL에서 쿼리가 실행되는 과정을 다음 그림과 같이 나눈다면 거의 대부분의 작업이 MySQL 엔진에서 처리되고, 마지막 ‘데이터 읽기/쓰기' 작업만 스토리지 엔진에 의해 처리된다.

(만약 사용자가 새로운 용도의 스토리지 엔진을 만든다 하더라도 DBMS의 전체 기능이 아닌 일부분의 기능만 수행하는 엔진을 작성하게 된다는 의미다.)

그림 4.6 쿼리 실행 구조에 더 자세하게 설명되어 있다. (아래로 스크롤)

각 처리 영역에서 ‘데이터 읽기/쓰기' 작업은 대부분 1건의 레코드 단위로 처리된다. (예를 들어, 특정 인덱스의 레코드 1건 읽기 또는 마지막으로 읽은 레코드의 다음 또는 이전 레코드 읽기)

그리고 MySQL을 사용하다 보면 핸들러(Handler)라는 단어를 자주 접하게 될 것이다. MySQL 서버에서 MySQL 엔진은 사람 역할을 하고 각 스토리지 엔진은 자동차 역할을 하는데, MySQL 엔진이 스토리지 엔진을 조정하기 위해 ‘핸들러'라는 것을 사용하게 된다.

MySQL 엔진이 각 스토리지 엔진에게 데이터를 읽어오거나 저장하도록 명령하려면 반드시 핸들러를 통해야 한다.

MySQL 서버의 상태 변수에서 ‘Handler_’로 시작하는 상태 변수는 ‘MySQL 엔진이 각 스토리지 엔진에게 보낸 명령의 회수를 의미하는 변수'라고 이해하면 된다.

MySQL에서 MyISAM이나 InnoDB와 같은 다른 스토리지 엔진을 사용하는 테이블에 대해 쿼리를 실행하더라도 MySQL의 처리 내용은 대부분 동일하며 단순히 ‘데이터 읽기/쓰기' 영역의 차이만 있을 뿐이다.

실질적인 GROUP BY나 ORDER BY 등 복잡한 처리는 MySQL 엔진의 처리 영역인 ‘쿼리 실행기'에서 처리된다.

하나의 쿼리 작업은 여러 하위 작업으로 나뉘는데, 각 하위 작업이 MySQL 엔진 영역에서 처리되는 지 아니면 스토리지 엔진 영역에서 처리되는지 구분할 줄 알아야 한다

MySQL 서버(mysqld)에서 지원되는 스토리지 엔진이 어떤 것이 있는지 확인해보자.

+------------------+-------+--------------------------------------------------------------+------------+----+----------+
|Engine            |Support|Comment                                                       |Transactions|XA  |Savepoints|
+------------------+-------+--------------------------------------------------------------+------------+----+----------+
|ARCHIVE           |YES    |Archive storage engine                                        |NO          |NO  |NO        |
|BLACKHOLE         |YES    |/dev/null storage engine (anything you write to it disappears)|NO          |NO  |NO        |
|MRG_MYISAM        |YES    |Collection of identical MyISAM tables                         |NO          |NO  |NO        |
|FEDERATED         |NO     |Federated MySQL storage engine                                |null        |null|null      |
|MyISAM            |YES    |MyISAM storage engine                                         |NO          |NO  |NO        |
|PERFORMANCE_SCHEMA|YES    |Performance Schema                                            |NO          |NO  |NO        |
|InnoDB            |DEFAULT|Supports transactions, row-level locking, and foreign keys    |YES         |YES |YES       |
|MEMORY            |YES    |Hash based, stored in memory, useful for temporary tables     |NO          |NO  |NO        |
|CSV               |YES    |CSV storage engine                                            |NO          |NO  |NO        |
+------------------+-------+--------------------------------------------------------------+------------+----+----------+
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Support 칼럼에 표시되는 값은 4가지다.

•

YES: MySQL 서버(mysqld)에 해당 스토리지 엔진이 포함돼 있고, 사용 가능으로 활성화된 상태임

•

DEFAULT: ‘YES’와 동일한 상태이지만 필수 스토리지 엔진임을 의미함 (즉, 이 스토리지 엔진이 없으면 MySQL이 시작되지 않을 수도 있음을 의미한다)

•

NO: 현재 MySQL 서버(mysqld)에 포함되지 않았음을 의미함

•

DISABLED: 현재 MySQL 서버(mysqld)에는 포함됐지만 파라미터에 의해 비활성화된 상태임

MySQL 서버(mysqld)에 포함되지 않은 스토리지 엔진 (Support 칼럼에 NO로 표시되는)을 사용하려면 MySQL 서버를 다시 빌드(컴파일)해야 한다.

하지만 플러그인 형태로 빌드된 스토리지 엔진 라이브러리를 다운로드해서 끼워 넣기만 하면 사용할 수 있다. 또한 플러그인 형태의 스토리지 엔진은 손쉽게 업그레이드할 수 있다.

SHOW PLUGINS 명령으로 스토리지 엔진뿐 아니라 인증 및 전문 검색용 파서와 같은 플러그인도 (설치돼 있다면) 확인할 수 있다.

+--------------------------------+--------+------------------+---------------------------+-------+
|Name                            |Status  |Type              |Library                    |License|
+--------------------------------+--------+------------------+---------------------------+-------+
|binlog                          |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|mysql_native_password           |ACTIVE  |AUTHENTICATION    |null                       |GPL    |
|sha256_password                 |ACTIVE  |AUTHENTICATION    |null                       |GPL    |
|caching_sha2_password           |ACTIVE  |AUTHENTICATION    |null                       |GPL    |
|sha2_cache_cleaner              |ACTIVE  |AUDIT             |null                       |GPL    |
|daemon_keyring_proxy_plugin     |ACTIVE  |DAEMON            |null                       |GPL    |
|CSV                             |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|MEMORY                          |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|InnoDB                          |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|INNODB_TRX                      |ACTIVE  |INFORMATION SCHEMA|null                       |GPL    |
|INNODB_CMP                      |ACTIVE  |INFORMATION SCHEMA|null                       |GPL    |
|INNODB_CMP_RESET                |ACTIVE  |INFORMATION SCHEMA|null                       |GPL    |
|INNODB_CMPMEM                   |ACTIVE  |INFORMATION SCHEMA|null                       |GPL    |
|MyISAM                          |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|MRG_MYISAM                      |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|PERFORMANCE_SCHEMA              |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|TempTable                       |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|ARCHIVE                         |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|BLACKHOLE                       |ACTIVE  |STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|FEDERATED                       |DISABLED|STORAGE ENGINE    |null                       |GPL    |
|ngram                           |ACTIVE  |FTPARSER          |null                       |GPL    |
|mysqlx_cache_cleaner            |ACTIVE  |AUDIT             |null                       |GPL    |
|mysqlx                          |DISABLED|DAEMON            |null                       |GPL    |
|RDS_PROCESSLIST                 |ACTIVE  |INFORMATION SCHEMA|rds_performance_insights.so|GPL    |
|RDS_EVENTS_THREADS_WAITS_CURRENT|ACTIVE  |INFORMATION SCHEMA|rds_performance_insights.so|GPL    |
+--------------------------------+--------+------------------+---------------------------+-------+
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MySQL 서버에는 스토리지 엔진뿐만 아니라 다양한 기능을 플러그인 형태로 지원한다. 인증이나 전문 검색 파서 또는 쿼리 재작성과 같은 플러그인 있으며, 비밀번호 검증과 커넥션 제어 등에 관련된 다양한 플러그인이 제공된다.

MySQL 서버의 기능을 커스텀하게 확장할 수 있게 플러그인 API가 메뉴얼에 공개돼 있으므로, 플러그인을 구현할 수도 있다.

컴포넌트

MySQL 8.0부터는 기존의 플러그인 아키텍처를 대체하기 위해 컴포넌트 아키텍처가 지원된다.

MySQL 서버의 플러그인은 다음과 같은 몇 가지 단점이 있는데, 컴포넌트는 이러한 단점들은 보완해서 구현됐다.

•

플러그인은 오직 MySQL 서버와 인터페이스할 수 있고, 플러그인들끼리는 통신할 수 없음

•

플러그인은 MySQL 서버의 변수나 함수를 직접 호출하기 때문에 안전하지 않음 (캡슐화 안 됨)

•

플러그인은 상호 의존 관계를 설정할 수 없어서 초기화가 어려움

MySQL 5.7 버전까지는 비밀번호 검증 기능이 플러그인 형태로 제공됐지만 MySQL 8.0의 비밀번호 검증 기능은 컴포넌트로 개선됐다.

mysql> INSTALL COMPONENT 'file://component_validate_password';
Query OK, 0 rows affected (1.03 sec)

mysql> select * from mysql.component;
+--------------+--------------------+------------------------------------+
| component_id | component_group_id | component_urn                      |
+--------------+--------------------+------------------------------------+
|            1 |                  1 | file://component_validate_password |
+--------------+--------------------+------------------------------------+
1 row in set (0.00 sec)
SQL
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플러그인과 마찬가지로 컴포넌트도 설치하면서 새로운 시스템 변수를 설정해야 할 수도 있으니 컴포넌트를 사용하기 전에 관련 매뉴얼(공식문서)을 살펴보자.

쿼리 실행 구조

쿼리 파서

쿼리 파서는 사용자의 요청으로 들어온 문장을 토큰(MySQL이 인식할 수 있는 최소 단위의 어휘나 기호)으로 분리해 트리 형태의 구조로 만들어 내는 작업을 의미한다.

쿼리 문장의 기본 문법 오류는 이 과정에서 발견되고 사용자에게 오류 메시지를 전달하게 된다.

전처리기

파서 과정에서 만들어진 파서 트리를 기반으로 쿼리 문장에 구조적인 문제점이 있는지 확인한다.

각 토큰을 테이블 이름이나 칼럼 이름, 또는 내장 함수와 같은 개체를 매핑해 해당 객체의 존재 여부와 객체의 접근 권한 등을 화인하는 과정을 이 단계에서 수행한다.

실제 존재하지 않거나 권한상 사용할 수 없는 개체의 토큰은 이 단계에서 걸러진다.

️ 옵티마이저

옵티마이저란 사용자의 요청으로 들어온 쿼리 문장을 저렴한 비용으로 가장 빠르게 처리할지를 결정하는 역할. DBMS의 두뇌에 해당

이 책에서는 대부분 옵티마이저가 선택하는 내용을 설명할 것이며, 어떻게 하면 옵티마이저가 더 나은 선택을 할 수 있게 유도하는가를 알려줄 것이다.

실행 엔진

옵티마이저가 두뇌라면 실행 엔진과 핸들러는 손과 발에 비유할 수 있다.

•

옵티마이저는 회사의 경영진

•

실행 엔진은 중간 관리자

•

핸들러는 각 업무의 실무자

실행 엔진은 만들어진 계획대로 각 핸들러에게 요청해서 받은 결과를 또 다른 핸들러 요청의 입력으로 연결하는 역할을 수행한다.

실행 엔진이 하는 일을 더 쉽게 이해할 수 있게 간단하게 예를 들어 살펴보자. 옵티마이저가 GROUP BY를 처리하기 위해 임시 테이블을 사용하기로 결정했다고 해보자.

실행 엔진이 핸들러에게 임시 테이블을 만들라고 요청

다시 실행 엔진은 WHERE 절에 일치하는 레코드를 읽어오라고 요청

읽어온 레코드들을 1번에서 준비한 임시 테이블로 저장하라고 다시 핸들러에게 요청

데이터가 준비된 임시 테이블에서 필요한 방식(GROUP BY)으로 데이터를 읽어 오라고 핸들러에게 다시 요청

최종적으로 실행 엔진은 결과를 사용자나 다른 모듈로 넘김

핸들러(스토리지 엔진)

핸들러는 MySQL 서버의 가장 밑단에서 MySQL 실행 엔진의 요청에 따라 데이터를 디스크로 저장하고 디스크로부터 읽어 오는 역할을 담당한다.

핸들러는 결국 스토리지 엔진을 의미하며, MyISAM 테이블을 조작하는 경우에는 핸들러가 MyISAM 스토리지 엔진이 되고 InnoDB 테이블을 조작하는 경우에는 핸들러가 InnoDB 스토리지 엔진이 된다.

복제

MySQL 서버에서 복제(Replication)는 매우 중요한 역할을 담당하며, 지금까지 MySQL 서버에서 복제는 많은 발전을 거듭했다.

MySQL 서버는 복제에 관해서는 별도의 장에서 다루기로 하고, 기본적인 복제의 아키텍처 도한 16장 ‘복제'에서 살펴보겠다.

쿼리 캐시

MySQL 서버에서 쿼리 캐시(Query Cache)는 빠른 응답을 필요로 하는 웹 기반의 응용 프로그램에서 매우 중요한 역할을 담당했다. 쿼리 캐시는 SQL 실행 결과를 메모리에 캐시하고, 동일 SQL 쿼리가 실행되면 테이블을 읽지 않고 즉시 결과를 반환하기 때문에 매우 빠른 성능을 보였다.

하지만 쿼리 캐시는 테이블의 데이터가 변경되면 캐시에 저장된 결과 중에서 변경된 테이블과 관련된 것들은 모두 삭제(Invalidate)해야 했다. 이는 심각한 동시 처리 성능 저하를 유발한다.

또한 MySQL 서버가 발전하면서 성능이 개선되는 과정에서 쿼리 캐시는 계속된 동시 처리 성능 저하와 많은 버그의 원인이 되기도 했다.

결국 MySQL 8.0으로 올라오면서 쿼리 캐시는 MySQL 서버의 기능에서 완전히 제거되고, 관련된 시스템 변수도 모두 제거됐다.

MySQL 서버의 쿼리 캐시 기능은 아주 독특한 환경 (데이터 변경은 거의 없고 읽기만 하는 서비스)에서는 매우 훌륭한 기능이지만 이런 요건을 가진 서비스는 흔치 않다. 실제 쿼리 캐시 기능이 큰 도움이 됐던 서비스는 거의 없었다.

스레드 풀

MySQL 서버 엔터프라이즈 에디션은 스레드 풀(Thread Pool) 기능을 제공하지만 MySQL 커뮤니티 에디션은 스레드 풀 기능을 지원하지 않는다. 여기서는 Percona Server에서 제공하는 스레드 풀 기능을 살펴보고자 한다.

MySQL 엔터프라이즈 스레드 풀 기능은 MySQL 서버 프로그램에 내장돼 있지만 Percona Server의 스레드 풀은 플러그인 형태로 작동하게 구현돼 있다는 차이점이 있다.

동일 버전의 Percona Server에서 스레드 풀 플러그인 라이브러리 (thread_pool.so 파일)를 MySQL 커뮤니티 에디션 서버에 설치(INSTALL PLUGIN 명령)해서 사용하면 된다.

스레드 풀은 내부적으로 사용자의 요청을 처리하는 스레드 개수를 줄여서 동시 처리되는 요청이 많다 하더라도 MySQL 서버의 CPU가 제한된 개수의 스레드 처리에만 집중할 수 있게 해서 서버의 자원 소모를 줄이이는 것이 목적이다.

많은 사람들이 MySQL 서버에 스레드 풀만 설치하면 성능이 그냥 두 배 쯤 올라갈거라고 기대하는데, 스레드 풀이 실제 서비스에서 눈에 띄는 성능 향상을 보여준 경우는 드물었다.

또한 스레드 풀은 실행 중인 스레드들을 CPU가 최대한 잘 처리해낼 수 있는 수준으로 줄여서 빨리 처리하게 하는 기능이기 때문에 스케줄링 과정에서 CPU 시간을 제대로 확보하지 못하는 경우에는 쿼리 처리가 더 느려지는 사례도 발생할 수 있다는 점을 주의하자.

물론 제한된 수의 스레드만으로 CPU가 커리하도록 적절히 유도한다면 CPU의 프로세서 친화도 (Processor affinity)도 높이고 운영체제 입장에서는 불필요한 컨텍스트 스위치(Context switch)를 줄여서 오버헤드를 낮출 수 있다.

Percona Server의 스레드 풀은 기본적으로 CPU 코어의 개수만큼 스레드 그룹을 생성하는데, 스레드 그룹의 개수는 thraed_pool_size 시스템 변수를 변경해서 조정할 수 있다.

일반적으로는 CPU 코어의 개수와 맞추는 것이 CPU 프로세서 친화도를 높이는 데 좋다.

MySQL 서버가 처리해야할 요청이 생기면 스레드 풀로 처리를 이관하는데, 만약 이미 스레드 풀이 처리 중이 작어 있는 경우에는 thread_pool_oversubscribe 시스템 변수(기본값은 3)에 설정된 개수만큼 추가로 더 받아들여서 처리한다.

스레드 그룹의 모든 스레드가 일을 처리하고 있다면 스레드 풀은 해당 스레드 그룹에 새로운 작업 스레드(Worker thread)를 추가할지, 아니면 기존 작업 스레드가 처리를 완료할 때까지 기다릴지 여부를 판단해야 한다.

스레드 풀의 타이머 스레드는 주기적으로 스레드 그룹의 상태를 체크해서 thread_pool_stall_limit 시스템 변수에 저장된 밀리초만큼 작업 스레드가 지금 처리 중인 작업을 끝내지 못하면 새로운 스레드를 생성해 스레드 그룹에 추가한다.

이때 전체 스레드 풀에 있는 스레드의 개수는 thread_pool_max_threads 시스템 변수에 설정된 개수를 넘어설 수 없다.

Percona Server의 스레드 풀 플러그인은 선순위 큐와 후순위 큐를 이용해 특정 트랜잭션이나 쿼리를 우선적으로 처리할 수 있는 기능도 제공한다.

이렇게 먼저 시작된 트랜잭션 내에 속한 SQL을 빨리 처리해주면 해당 트랜잭션이 가지고 있던 잠금이 빨리 해제되고 잠금 경합을 낮춰서 전체적인 처리 성능을 향상시킬 수 있다.

트랜잭션 지원 메타데이터

데이터베이스 서버에서 테이블의 구조 정보와 스토어드 프로그램 등의 정보를 데이터 딕셔너리 또는 메타데이터라고 한다.

MySQL 서버 5.7 버전까지 테이블의 구조를 FRM 파일 (format 줄임말)에 저장하고 일부 스토어드 프로그램 또한 파일(TRN, TRG, PAR) 기반으로 관리했다.

하지만 이러한 파일 기반의 메타데이터는 생성 및 변경 작업이 트랜잭션을 지원하지 않기 때문에 테이블의 생성 또는 변경 도중에 MySQL 서버가 비정상적으로 종료되면 일관되지 않은 상태로 남는 문제가 있었다.

이와 같은 현상을 가리켜 ‘데이터베이스나 테이블이 깨졌다'라고 표현한다.

MySQL 8.0부터는 테이블의 구조 정보나 스토어드 프로그램의 코드 관련 정보를 모두 InnoDB의 테이블에 저장하도록 개선됐다.

MySQL 서버가 작동하는 데 기본적으로 필요한 테이블들을 묶어서 시스템 테이블이라고 하는데, 대표적으로 사용자의 인증과 권한에 관련된 테이블들이 있다.

MySQL 서버 8.0 버전부터는 InnoDB 스토리지 엔진을 사용하도록 개선됐으며, 시스템 테이블과 데이터 딕셔너리 정보를 모두 모아서 mysql DB에 저장하고 있다. mysql DB는 통째로 mysql.ibd라는 이름의 테이블스페이스에 저장된다.

데이터 딕서터리와 시스템 테이블이 모두 트랜잭션 기반의 InnoDB 스토리지 엔진에 저장되도록 개선되면서 이제 스키마 변경 작업 중간에 MySQL 서버가 비정상적으로 종료된다고 하더라도 스키마 변경이 완전한 성공 또는 완전한 실패로 정리된다.

MySQL 서버에서 InnoDB 스토리지 엔진을 사용하는 테이블은메타 정보가 InnoDB 테이블 기반의 딕서너리에 저장되지만, MyISAM이나 CSV 등과 같은 스토리지 엔진의 메타 정보는 여전히 저장할 공간이 필요하다.

MySQL 서버는 InnoDB 스토리지 이외의 스토리지 엔진을 사용하는 테이블들을 위해 SDI (Serialized Dictionary Information) 파일을 사용한다. *.sdi 파일이 존재하며, 기존의 *.FRM 파일과 동일한 역할을 한다.

SDI는 이름 그대로 직렬화(Serialized)를 위한 포맷이므로 InnoDB 테이블들의 구조도 SDI 파일로 변환할 수 있따. ibd2sdi 유틸리티를 이용하면 InnoDB 테이블스페이스에서 스키마 정보를 추출할 수 있다.

 mysql DB에서 데이터 딕셔너리 테이블의 데이터를 사용자가 임의로 수정하지 못하게 사용자의 화면에 보여주지 않을 뿐 실제로 데이터는 존재한다. 대신 MySQL 서버는 데이터 딕서너리 정보를 information_schema DB의 TABLES와 COLUMNS 등과 같응ㄴ 뷰를 통해 조회할 수 있게 하고 있다.

실제 information_schema에서 TABLES 테이블의 구조를 보면 뷰로 만들어져 있고 TABLES 뷰는 mysql DB의 tables라는 이름의 테이블을 참조하고 있음을 확인할 수 있다.

mysql> SHOW CREATE TABLE information_schema.TABLES;

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|View  |Create View                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 |character_set_client|collation_connection|
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|TABLES|CREATE ALGORITHM=UNDEFINED DEFINER=`mysql.infoschema`@`localhost` SQL SECURITY DEFINER VIEW `information_schema`.`TABLES` AS select `cat`.`name` AS `TABLE_CATALOG`,`sch`.`name` AS `TABLE_SCHEMA`,`tbl`.`name` AS `TABLE_NAME`,`tbl`.`type` AS `TABLE_TYPE`,if((`tbl`.`type` = 'BASE TABLE'),`tbl`.`engine`,NULL) AS `ENGINE`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,10) AS `VERSION`,`tbl`.`row_format` AS `ROW_FORMAT`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_table_rows(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`table_rows`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `TABLE_ROWS`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_avg_row_length(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`avg_row_length`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `AVG_ROW_LENGTH`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_data_length(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`data_length`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `DATA_LENGTH`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_max_data_length(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`max_data_length`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `MAX_DATA_LENGTH`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_index_length(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`index_length`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `INDEX_LENGTH`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_data_free(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`data_free`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `DATA_FREE`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_auto_increment(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`auto_increment`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0),`tbl`.`se_private_data`)) AS `AUTO_INCREMENT`,`tbl`.`created` AS `CREATE_TIME`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_update_time(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(cast(`stat`.`update_time` as unsigned),0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `UPDATE_TIME`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_check_time(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(cast(`stat`.`check_time` as unsigned),0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `CHECK_TIME`,`col`.`name` AS `TABLE_COLLATION`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,internal_checksum(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,if((`tbl`.`partition_type` is null),`tbl`.`engine`,''),`tbl`.`se_private_id`,(`tbl`.`hidden` <> 'Visible'),`ts`.`se_private_data`,coalesce(`stat`.`checksum`,0),coalesce(cast(`stat`.`cached_time` as unsigned),0))) AS `CHECKSUM`,if((`tbl`.`type` = 'VIEW'),NULL,get_dd_create_options(`tbl`.`options`,if((ifnull(`tbl`.`partition_expression`,'NOT_PART_TBL') = 'NOT_PART_TBL'),0,1),if((`sch`.`default_encryption` = 'YES'),1,0))) AS `CREATE_OPTIONS`,internal_get_comment_or_error(`sch`.`name`,`tbl`.`name`,`tbl`.`type`,`tbl`.`options`,`tbl`.`comment`) AS `TABLE_COMMENT` from (((((`mysql`.`tables` `tbl` join `mysql`.`schemata` `sch` on((`tbl`.`schema_id` = `sch`.`id`))) join `mysql`.`catalogs` `cat` on((`cat`.`id` = `sch`.`catalog_id`))) left join `mysql`.`collations` `col` on((`tbl`.`collation_id` = `col`.`id`))) left join `mysql`.`tablespaces` `ts` on((`tbl`.`tablespace_id` = `ts`.`id`))) left join `mysql`.`table_stats` `stat` on(((`tbl`.`name` = `stat`.`table_name`) and (`sch`.`name` = `stat`.`schema_name`)))) where ((0 <> can_access_table(`sch`.`name`,`tbl`.`name`)) and (0 <> is_visible_dd_object(`tbl`.`hidden`)))|utf8                |utf8_general_ci     |
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Create View가 깁니다. 오른쪽으로 85% 정도 스크롤 하면 아래의 구문을 확인할 수 있습니다.
from (((((`mysql`.`tables` `tbl`
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