데이터베이스 병행제어

Transaction Concurrency Control

여러 트랜잭션들이 동시에 실행되면서도 데이터베이스의 일관성을 유지할 수 있게 하는 기법

병행제어의 목적

• 데이터베이스 일관성 유지
• 일관성을 유지하면서,
  • 데이터베이스 공유 최대화
  • 시스템 활용도 최대화
  • 사용자 응답시간 최소화

병행제어 실패 현상

Dirty Write

갱신 분실(Lost Update)라고도 한다(정보처리기사 기준)

• 같은 데이터에 동시에 두 개 이상의 트랜잭션이 값을 바꾸고자 함

T1	T2
SELECT age FROM user WHERE id = 1;
	SELECT age FROM user WHERE id = 1;
UPDATE user SET age = 20 WHERE id = 1; COMMIT ;
	UPDATE user SET age = 30 WHERE id = 1; COMMIT;

Dirty Read

비완료 의존성(Uncommitted Dependency)라고도 한다(정보처리기사 기준)

• 아직 commit되지 않은 트랜잭션의 내용을 읽으려고 함

T1	T2
UPDATE user SET age = 20 WHERE id = 1;
	SELECT age FROM user WHERE id = 1;
ROLLBACK;

Non-repeatable Read

모순성(Inconsistency)이라고도 한다(정보처리기사 기준)

동일 트랜잭션에서 동일한 대상을 여러번 읽을 때 그 사이에 수정 또는 삭제가 반영되어 값이 변경됨

Phantom Read

• 동일 트랜잭션에서 동일한 대상을 여러번 읽을 때 그 사이에 새로운 값(Phantom Tuple)이 삽입되어 값이 변경됨

Cascade Rollback

연쇄 복귀

• 두개 이상의 Transaction이 수행되던중 한개의 Transaction이 취소될 때 나머지 다른 Transaction도 연쇄적으로 취소되는 현상
• 회복 불가(Unrecoverable): 연쇄복귀 되어야 하는 트랜잭션들 중 하나가 종료되어 회복이 불가능해 지는 현상

트랜잭션 고립화 수준

Transaction Isolation Level(ANSI/ISO SQL92)

• 동시 접근에 대해 이상현상이 생기지 않음을 보장하는 트랜잭션 고립화 수준에 관한 표준

단계	명명	설명
레벨0 (Level0)	Read Uncommitted	트랜잭션 처리 중인 데이터를 읽을 수 있음 [발생 가능 현상] Dirty Read Non-Repeatable Read Phantom Read
레벨1 (Level1)	Read Committed	트랜잭션이 커밋되어 확정된 데이터만 읽을 수 있음 (대부분의 DBMS에서 기본으로 채택하는 레벨) [발생 가능 현상] Non-Repeatable Read Phantom Read
레벨2 (Level2)	Repeatable Read	선행 트랜잭션이 데이터를 읽는 경우 종료 전까진 갱신/삭제 불가 [발생 가능 현상] Phantom Read
레벨3 (Level3)	Serializable	선행 트랜잭션이 데이터를 읽는 경우 종료 전까진 갱신/삭제/삽입 불가 완벽한 정합성을 보장하는 레벨

• 표준 고립화 모델에서 갱신 분실과 연쇄 복귀는 다루지 않는다.
  • 갱신 분실은 정상적인 DBMS라면 당연히 Level과 무관하게 당연히 통제 되어야 한다.
  • 연쇄 복귀는 고립화를 통해 갱신 분실이 일어나지 않으면 일어나지 않는다.

병행제어 기법

• 로킹(Locking)
  • 트랜잭션이 어떤 데이터에 접근하고자 할 때 로킹 수행
  • 로킹이 되어 있는 데이터에는 다른 트랜잭션이 접근할 수 없음
  • 트랜잭션은 로킹이 된 데이터에 대해서만 연산 수행
  • 로킹 단위: 필드, 레코드, 파일, 데이터베이스 모두 로킹 단위가 될 수 있음
  • 로킹 단위가 크면
    • 관리하기 용이(로킹 오버헤드 감소)하지만 병행성 수준(동시성 수준) 낮아짐
  • 로킹 단위가 작으면
    • 병행성(동시성 수준)이 높아지지만 관리가 까다로움(로킹 오버헤드 증가)
• 2단계 로킹 규약(Two-Phase Locking Protocol)
  • Lock과 Unlock이 동시에 이루어지면 일관성이 보장되지 않으므로 Lock만 가능한 단계와 Unlock만 가능한 단계를 구분
  • 확장단계: 새로운 Lock은 가능하고 Unlock은 불가능하다.
  • 축소단계: Unlock 은 가능하고 새로운 Lock은 불가능하다.
  • 직렬가능성을 보장한다.
  • 교착상태가 발생할 수 있다
• 타임스탬프(Time Stamp)
  • 데이터에 접근하는 시간을 미리 정하여서 정해진 시간(Time Stamp)의 순서대로 데이터에 접근 하여 수행
  • 직렬가능성을 보장한다.
  • 교착상태가 발생하지 않는다.
  • 연쇄복귀(Cascading Rollback)를 초래할 수 있음
• 낙관적 병행제어(Optimistic Concurrency Control)
  • 트랜잭션 수행 동안은 어떠한 검사도 하지 않고, 트랜잭션 종료 시에 일괄적으로 검사
  • 트랜잭션 수행 동안 그 트랜잭션을 위해 유지되는 데이터 항목들의 지역 사본에 대해서만 갱신
  • 트랜잭션 종료 시에 동시성을 위한 트랜잭션 직렬화가 검증되면 일시에 DB로 반영
• 다중 버전 병행제어(Multi-version, Concurrency Control)
  • 여러 버전의 타임스탬프를 비교하여 스케줄상 직렬가능성이 보장되는 타임스탬프를 선택
  • 충돌이 발생할 경우 복귀 수행. 연쇄 복귀 발생 가능성