DataStore는 많은 작업에서 pandas보다 훨씬 뛰어난 성능을 제공합니다. 이 가이드에서는 그 이유와 워크로드를 최적화하는 방법을 설명합니다.
DataStore가 더 빠른 이유
1. SQL 푸시다운
연산이 데이터 소스로 푸시다운됩니다:
# pandas: Loads ALL data, then filters in memory
df = pd.read_csv("huge.csv") # Load 10GB
df = df[df['year'] == 2024] # Filter in Python
# DataStore: Filter at source
ds = pd.read_csv("huge.csv") # Just metadata
ds = ds[ds['year'] == 2024] # Filter in SQL
df = ds.to_df() # Only load filtered data2. 컬럼 프루닝(Column Pruning)
필요한 컬럼만 읽습니다:
# DataStore: Only reads name, age columns
ds = pd.read_parquet("wide_table.parquet")
result = ds.select('name', 'age').to_df()
# vs pandas: Reads all 100 columns, then selects3. 지연 실행
여러 연산이 하나의 쿼리로 컴파일됩니다:
# DataStore: One optimized SQL query
result = (ds
.filter(ds['amount'] > 100)
.groupby('region')
.agg({'amount': 'sum'})
.sort('sum', ascending=False)
.head(10)
.to_df()
)
# Becomes:
# SELECT region, SUM(amount) FROM data
# WHERE amount > 100
# GROUP BY region ORDER BY sum DESC LIMIT 10벤치마크: DataStore와 pandas 비교
테스트 환경
- 데이터: 1,000만 행
- 하드웨어: 표준 노트북
- 파일 포맷: CSV
결과
| 연산 | pandas (ms) | DataStore (ms) | 우위 |
|---|---|---|---|
| GroupBy count | 347 | 17 | DataStore (19.93x) |
| 복합 연산 | 1,535 | 234 | DataStore (6.56x) |
| 복잡한 파이프라인 | 2,047 | 380 | DataStore (5.39x) |
| 다중 Filter+Sort+Head | 1,963 | 366 | DataStore (5.36x) |
| Filter+Sort+Head | 1,537 | 350 | DataStore (4.40x) |
| Head/Limit | 166 | 45 | DataStore (3.69x) |
| 초복잡도 (10개 이상 연산) | 1,070 | 338 | DataStore (3.17x) |
| GroupBy 집계 | 406 | 141 | DataStore (2.88x) |
| Select+Filter+Sort | 1,217 | 443 | DataStore (2.75x) |
| Filter+GroupBy+Sort | 466 | 184 | DataStore (2.53x) |
| Filter+Select+Sort | 1,285 | 533 | DataStore (2.41x) |
| Sort (단일) | 1,742 | 1,197 | DataStore (1.45x) |
| Filter (단일) | 276 | 526 | 유사 |
| Sort (다중) | 947 | 1,477 | 유사 |
핵심 인사이트
- GroupBy 연산: DataStore가 최대 19.93배 더 빠릅니다
- 복잡한 파이프라인: DataStore가 5-6배 더 빠릅니다 (SQL 푸시다운의 이점)
- 단순 슬라이스 작업: 성능이 비슷해 차이가 거의 없습니다
- 가장 적합한 사용 사례: GroupBy/집계를 포함한 다단계 작업
- zero-copy:
to_df()에는 데이터 변환 오버헤드가 없습니다
DataStore가 더 적합한 경우
대규모 집계
# DataStore excels: 19.93x faster
result = ds.groupby('category')['amount'].sum()복잡한 파이프라인
# DataStore excels: 5-6x faster
result = (ds
.filter(ds['date'] >= '2024-01-01')
.filter(ds['amount'] > 100)
.groupby('region')
.agg({'amount': ['sum', 'mean', 'count']})
.sort('sum', ascending=False)
.head(20)
)대용량 파일 처리
# DataStore: Only loads what you need
ds = pd.read_parquet("huge_file.parquet")
result = ds.filter(ds['id'] == 12345).to_df() # Fast!여러 컬럼 연산
# DataStore: Combines into single SQL
ds['total'] = ds['price'] * ds['quantity']
ds['is_large'] = ds['total'] > 1000
ds = ds.filter(ds['is_large'])pandas와 비슷한 성능을 보이는 경우
대부분의 시나리오에서 DataStore는 pandas와 비슷하거나 더 나은 성능을 보입니다. 하지만 다음과 같은 특정한 경우에는 pandas가 약간 더 빠를 수 있습니다:
소규모 데이터셋 (<1,000행)
# For very small datasets, overhead is minimal for both
# Performance difference is negligible
small_df = pd.DataFrame({'x': range(100)})간단한 슬라이싱 연산
# Single slice operations without aggregation
df = df[df['x'] > 10] # pandas slightly faster
ds = ds[ds['x'] > 10] # DataStore comparable사용자 정의 Python 람다 함수
# pandas required for custom Python code
def complex_function(row):
return custom_logic(row)
df['result'] = df.apply(complex_function, axis=1)Zero-Copy 데이터프레임 통합
DataStore는 pandas 데이터프레임을 읽고 쓸 때 zero-copy를 사용합니다. 이는 다음을 의미합니다:
# to_df() does NOT copy data - it's a zero-copy operation
result = ds.filter(ds['x'] > 10).to_df() # No data conversion overhead
# Same for creating DataStore from DataFrame
ds = DataStore(existing_df) # No data copy주요 시사점:
to_df()는 직렬화(serialization)나 메모리 복사 없이 사실상 비용이 들지 않습니다- pandas DataFrame에서 DataStore를 생성하는 작업은 즉시 완료됩니다
- 메모리는 DataStore와 pandas 뷰 사이에서 공유됩니다
최적화 팁
1. 부하가 큰 워크로드에 성능 모드 활성화
정확한 pandas 출력 형식(행 순서, MultiIndex 컬럼, Dtype 보정)이 필요하지 않은 집계 작업이 많은 워크로드에서는 최대 처리량을 위해 성능 모드를 활성화하세요:
from chdb.datastore.config import config
config.use_performance_mode()
# Now all operations use SQL-first execution with no pandas overhead:
# - Parallel Parquet reading (no preserve_order)
# - Single-SQL aggregation (filter+groupby in one query)
# - No row-order preservation overhead
# - No MultiIndex, no dtype corrections
result = (ds
.filter(ds['amount'] > 100)
.groupby('region')
.agg({'amount': ['sum', 'mean', 'count']})
)예상 개선 사항: filter+groupby 워크로드에서 최대 2~8배 빨라지고, 대용량 Parquet 파일의 메모리 사용량이 줄어듭니다.
자세한 내용은 성능 모드를 참조하십시오.
2. CSV 대신 Parquet 사용하기
# CSV: Slower, reads entire file
ds = pd.read_csv("data.csv")
# Parquet: Faster, columnar, compressed
ds = pd.read_parquet("data.parquet")
# Convert once, benefit forever
df = pd.read_csv("data.csv")
df.to_parquet("data.parquet")기대 효과: 읽기 속도 3~10배 향상
3. 가능한 한 일찍 필터링하기
# Good: Filter first, then aggregate
result = (ds
.filter(ds['date'] >= '2024-01-01') # Reduce data early
.groupby('category')['amount'].sum()
)
# Less optimal: Process all data
result = (ds
.groupby('category')['amount'].sum()
.filter(ds['sum'] > 1000) # Filter too late
)4. 필요한 컬럼만 선택
# Good: Column pruning
result = ds.select('name', 'amount').filter(ds['amount'] > 100)
# Less optimal: All columns loaded
result = ds.filter(ds['amount'] > 100) # Loads all columns5. SQL 집계 활용하기
# GroupBy is where DataStore shines
# Up to 20x speedup!
result = ds.groupby('category').agg({
'amount': ['sum', 'mean', 'count', 'max'],
'quantity': 'sum'
})6. 전체 쿼리 대신 head() 사용
# Don't load entire result if you only need a sample
result = ds.filter(ds['type'] == 'A').head(100) # LIMIT 100
# Avoid this for large results
# result = ds.filter(ds['type'] == 'A').to_df() # Loads everything7. 배치 작업
# Good: Single execution
result = ds.filter(ds['x'] > 10).filter(ds['y'] < 100).to_df()
# Bad: Multiple executions
result1 = ds.filter(ds['x'] > 10).to_df() # Execute
result2 = result1[result1['y'] < 100] # Execute again8. explain()으로 최적화하기
# View the query plan before executing
query = ds.filter(...).groupby(...).agg(...)
query.explain() # Check if operations are pushed down
# Then execute
result = query.to_df()워크로드 프로파일링하기
프로파일링 활성화
from chdb.datastore.config import config, get_profiler
config.enable_profiling()
# Run your workload
result = your_pipeline()
# View report
profiler = get_profiler()
profiler.report()병목 지점 파악
Performance Report
==================
Step Duration % Total
---- -------- -------
SQL execution 2.5s 62.5% <- Bottleneck!
read_csv 1.2s 30.0%
Other 0.3s 7.5%접근 방식 비교
# Test approach 1
profiler.reset()
result1 = approach1()
time1 = profiler.get_steps()[-1]['duration_ms']
# Test approach 2
profiler.reset()
result2 = approach2()
time2 = profiler.get_steps()[-1]['duration_ms']
print(f"Approach 1: {time1:.0f}ms")
print(f"Approach 2: {time2:.0f}ms")모범 사례 요약
| Practice | Impact |
|---|---|
| 성능 모드 활성화 | 집계 워크로드에서 2~8배 더 빠름 |
| Parquet 파일 사용 | 읽기 속도 3~10배 향상 |
| 초기에 필터 적용 | 데이터 처리량 감소 |
| 필요한 컬럼 선택 | I/O 및 메모리 사용량 감소 |
| GroupBy/집계 사용 | 최대 20배 더 빠름 |
| 배치 작업 | 반복 실행 방지 |
| 최적화 전에 프로파일링 | 실제 병목 파악 |
| explain() 사용 | 쿼리 최적화 검증 |
| 샘플에는 head() 사용 | 전체 테이블 스캔 방지 |
빠른 의사결정 가이드
| 워크로드 | 권장 사항 |
|---|---|
| GroupBy/집계 | DataStore 사용 |
| 복잡한 다단계 파이프라인 | DataStore 사용 |
| 필터가 있는 대용량 파일 | DataStore 사용 |
| 단순 슬라이스 작업 | 어느 쪽이든 가능(성능 유사) |
| 사용자 정의 Python 람다 함수 | pandas를 사용하거나 나중에 변환 |
| 매우 작은 데이터(<1,000행) | 어느 쪽이든 가능(차이 미미) |