ICDE’15 勉強会 R24-4: R27-3 (R24:Query Processing 3, R27 Indexing)

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1 R24-4: The DBMS - your Big Data Sommelier (R24: Query Processing 3) R27-3: A Comparison of Adaptive Radix Trees and Hash Tables (R27: Indexing) 小山田 (NEC) ICDE 15 勉強会

2 R24-4: The DBMS - your Big Data Sommelier Yagiz Kargin, Martin Kersten, Stefan Manegold, Holger Pirk (CWI) MonetDB チーム ( 目的 ) インスタント分析 を実現したい 課題 : DBMS で巨大なデータを分析しようと思うと データのロード 索引付けに時間がかかって すぐに分析が開始できない ( 発想 ) メタデータを利用し ロードするデータを絞り込む 科学分野ではデータが複数の ファイル からなり 各ファイルが メタデータ を持つ ( 例 : 取得時刻 ) クエリの条件にはメタデータから得られる情報が指定されることが多い ( 例 : 昨日取得したデータの平均値を計算して ) まずはメタデータだけをロードしておいて 実際にロードするデータ ( ファイル ) は条件にマッチするものだけにしよう! ( 方式 ) メタデータを考慮した問合せ最適化 in MonetDB メタデータに対する処理 が最初におこなわれるような問合せプランの書き換えルールを MonetDB のオプティマイザに導入

3 R24-4: The DBMS - your Big Data Sommelier [ 発表者 : 小山田 (NEC)] 発想 : メタデータをつかってデータのロードを減らす SELECT * FROM T WHERE place = Japan 問合せ例 place = Japan のデータを取得するモノ 本来 T_part2.csv のロードは必要ない place = US なので ( メタデータ情報 ) メタデータロードが楽 従来の DBMS メタデータ / 実データどちらも全てロードしてから処理する T_part2.csv のロードは無駄に 実データロードが大変 提案方式 方針 : メタデータだけ事前にロード T_part2.csv が問合せ対象に入らないことを確認し ロードを省くことができる T_part1.csv [date] /17 [place] Japan Z T_part2.csv [date] /20 [place] US

4 R24-4: The DBMS - your Big Data Sommelier [ 発表者 : 小山田 (NEC)] アプローチ : オプティマイザの拡張 実データとメタデータをプラン内で区別するようオプティマイザを拡張 プランの最適化時には メタデータに対する処理をできるだけ最初にやるよう プランを書き換え メタデータは既にロードされており すぐに処理できるその処理結果をつかって ロードする実データを pruning する

5 R24-4: The DBMS - your Big Data Sommelier [ 発表者 : 小山田 (NEC)] 評価 データ : 地震波形の実データ (mseed フォーマット ) sf27: 4384 ファイル, 36GB (DB にロード後は伸張され 627 GB) 問合せ : 集計値の計算 T_4: 特定期間の波形の平均値の計算 インデックスを作成して利用するもの ( インデックス作成コストが大きくフルスキャンよりも遅い ) ( データのロードも含めた ) 問合せを完了するまでの時間 データをフルスキャンするもの 提案方式選択率が極めて高い場合を除き従来方式よりもよい性能

6 R27-3: A Comparison of Adaptive Radix Trees and Hash Tables Victor Alvarez, Stefan Richter, Xiao Chen, Jens Dittrich (Saarland University) ( 概要 ) ART [Leis, ICDE 13] の性能測定を ちゃんと やる Adaptive Radix-Tree (ART): インメモリ DB 向けのインデックス ART は ハッシュテーブル並みの性能でレンジクエリもサポートする夢の索引 とうたわれているが 実際のところどうなの? ( 目的 ) [Leis, ICDE 13] で欠けていた 3 つの評価をやる 1. 類似するデータ構造である Judy Array との比較 2. ちゃんとチューニングしたハッシュテーブルとの比較 3. レンジクエリの性能測定 ( 結果 ) ART は銀の弾丸ではない! ポイントクエリではハッシュテーブルに勝てず レンジクエリでは B+ Tree に勝てない ( が どちらも二番手となる性能 )

7 R27-3: A Comparison of Adaptive Radix Trees and Hash Tables [ 発表者 : 小山田 (NEC)] Radix Tree と ART (Adaptive Radix Tree) Radix Tree ( 中間ノードを圧縮したトライ / パトリシア木 ) Good: 探索時に条件分岐が発生しない ( 単なる配列アクセス ) ため CPU キャッシュミスが少ない ( 二分木 ) Bad: まだまだメモリ利用効率が悪く キャッシュ効率も悪い データがスパースでも 最大の子供数分の容量を食う 各ノードは 子ノードへのポインタ の配列子ノードが少ない場合でも 最大子共数分の容量を消費 ART (Adaptive Radix Tree) [Leis, ICDE 13] 最適化された 256-way の Radix Tree ノードの圧縮 : 実際の子供の数に応じて (Adaptive) ノードのデータ構造を変えることで ノードを圧縮する 探索効率化 : 探索処理は SIMD を活用して高速に実行 子ノードの数に応じて ノードを異なるデータ構造で表現子ノードが多い (Dense) Radix Tree と同様の表現子ノードが少ない (Sparse) 圧縮表現

8 R27-3: A Comparison of Adaptive Radix Trees and Hash Tables [ 発表者 : 小山田 (NEC)] ART: 子ノードの数に応じてノードのデータ構造を変更 If ( 子ノード数 16) (1) 子ノードを持つキーのキー値を N 個並べる ( 探索時は 線形探索 ) (2) 続いて キーと同じ順で 子ノードへのポインタを N 個並べる If ( 子ノード数 48) (1) 256 個の配列を用意し インデックスの示すキーが子ノードを持つなら 子ノードへのポインタのポインタを格納 ( 探索時は 配列アクセス ) (2) 子ノードの数だけ 子ノードへのポインタを並べる Radix Tree と同様に 子ノードへのポインタをそのまま並べる インデックスがキー値となる If ( 子ノード数 > 48)

9 R27-3: A Comparison of Adaptive Radix Trees and Hash Tables [ 発表者 : 小山田 (NEC)] 評価 ポイントクエリ (1Billion のタプルに対する検索 ) 比較対象 ( 抜粋 ) Judy Array Cuckoo hashing ( モダンな Open addressing アルゴリズム ) をつかったハッシュテーブル実装 結果 Judy Array には勝つ (ART は Judy 比 2x の性能だが 2x 容量を食う ) ハッシュテーブルには負ける ( ハッシュテーブルは ART とくらべて数倍の性能 ) Radix Tree の改良版で ART に類似 細かな違いは論文参照 レンジクエリ 比較対象 Judy Array Cuckoo hashing をつかったハッシュテーブル実装 B+-Tree 結果 Judy, ハッシュテーブルには勝つ (2x の性能 ) B+-Tree には負ける ART には B+-Tree と比べると木の管理がはるかに楽 という利点も

10 R27-3: A Comparison of Adaptive Radix Trees and Hash Tables [ 発表者 : 小山田 (NEC)] ポイントクエリ (Lookup throughput)

11 R27-3: A Comparison of Adaptive Radix Trees and Hash Tables [ 発表者 : 小山田 (NEC)] レンジクエリ (Lookup throughput)

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