SQL 8

05. 병행 제어와 로킹

01. 병행 제어

1) 병행 제어(Concurrency Control, 동시성 제어)의 목적

• 여러 사용자들이 데이터베이스의 공동 사용을 최대화함
• 사용자의 응답 시간을 최소화함
• 데이터베이스 시스템의 활용도를 최대화함
• 데이터베이스의 일관성을 유지함

2) 병행 처리의 문제점

1. 분산된 갱신(Lost update)
   • 두 개의 트랜잭션이 있을 때 같은 데이터에 대해서 한 개의 트랜잭션 작업이 갱신 작업이고 또 하나의 트랜잭션이 역시 같은 데이터에 대해서 갱신 작업이라고 했을 때 하나의 작업이 분실되는 현상이 벌어지는 경우
2. 모순성(Inconsistency)
   • 두 개의 트랜잭션이 있을 때 같은 데이터에 대해서 한 개의 트랜잭션 작업이 갱신 작업을 하고 있는 상태에서 또 하나의 트랜잭션이 침범하여 갱신하게 되면 두 개의 트랜잭션이 모두 끝나게 되더라도 그 데이터에 대한 결과는 사용자가 원하는 결과와 일치하지 않는 상태가 되어, 데이터베이스의 일관성을 해치는 경우
3. 연쇄 복구(Cascading Rollback)
   • 두 개의 트랜잭션이 있을 때 같은 데이터에 대해서 갱신을 실시하는 과정에서 한 개의 트랜잭션은 성공적으로 일을 수행하였다 하더라도 다른 한 개의 트랜잭션이 처리하는 과정에서 실패하게 되면 잘못된 데이터에 접근했다는 이유로 두 개의 트랜잭션 모두가 복귀되는 현상이 벌어지는 경우
4. 비완료 의존성(Uncommitted Dependency)
   • 한 개의 트랜잭션이 실패하였을 때, 이 트랜잭션이 회복하기 전에 다른 트랜잭션이 실패한 수행 결과를 참조하는 경우

3) 병행 제어 기법

• 로킹(Locking) : 데이터베이스에서 하나의 트랜잭션에 사용하는 데이터를 다른 트랜잭션이 접근하지 못하도록 잠그는 행위
• 2단계 로킹 규약(Two-Phase Locking Protocol)
  • 확장 단계 : 새로운 Lock은 가능하고 Unlock은 불가능함
  • 축소 단계 : Unlock은 가능하고 새로운 Lock은 불가능함(교착 상태가 발생함)
• 타임스탬프(Time Stamp) : 데이터베이스에 접근하는 시간을 미리 정하고, 정해진 시간의 순서대로 데이터베이스에 접근하게 함(교착 상태가 발생하지 않음)
• 낙관적 병행 제어(Optimistic Concurrency Control) : 트랜잭션 수행 동안은 어떠한 작업을 하지 않고, 트랜잭션 종료 시에 일괄적으로 체크하여 데이터베이스에 접근하게 함
• 다중 버전 병행 제어(Multi-version Concurrency Control) : 여러 버전의 타임스탬프를 비교, 선택하여 데이터베이스에 접근하게 하고, 충돌이 발생할 경우 복귀(Rollback)를 수행함

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02. 로킹(Locking)

1) 로킹의 목적

• 데이터베이스에서 하나의 트랜잭션에 사용하는 데이터를 다른 트랜잭션이 접근하지 못하도록 잠그는 행위
• 로킹의 단위는 얼마만큼 큰 단위로 로크(Lock)를 소유하고 풀어줄 것인가에 따라 데이터베이스 성능에 영향을 미침
• 일정한 크기의 데이터베이스 공유 영역을 적절한 크기로 분할한 영역을 로킹 단위라고 하며, 로킹 단위가 크면 로크의 수가 줄어들어 병행 제어 기술이 단순해지며 병행성 수준이 낮아짐

2) 로킹 단위 크기에 따른 비교

구분	큰 로크의 단위	작은 로크의 단위
로크의 수	작아짐	많아짐
병행 제어 기법	단순함	복잡함
병행성 수준	낮아짐	높아짐
오버헤드	감소함	증가함

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03. 회복(Recovery)

1) 회복(Recovery)

• 어떤 외부적인 장애 요인이나 내부적인 장애 요인에 의해서 데이터베이스의 상태가 일관성 유지에 제약이 걸렸을 때 장애 이전의 일관된 상태가 되도록 복원하는 일

2) 장애의 유형

1. 트랜잭션 장애(Transaction Failure)
   • 트랜잭션 내의 논리적 오류로 잘못된 입력, 데이터 발견 불가능, 오버플로우, 자원 한계 초과 등과 같은 내부 조건으로 인하여 트랜잭션이 더 이상 정상적인 실행을 할 수 없는 상태를 의미
2. 시스템 장애(System Failure)
   • 하드웨어 오작동으로 인하여 휘발성 기억 장치의 내용이 유실되거나 교착 상태로 인하여 더 이상 정상적 실행을 할 수 없는 상태를 의미
3. 미디어 장애(Media Failure)
   • 데이터 전송 중에 헤드 충격이나 고장으로 인하여 디스크 등이 작동하지 못하는 상태를 의미

3) 회복에 따른 연산자

• 회복 Redo
  • 갱신이 완료된 데이터를 로그를 이용해 데이터베이스에 적용하는 연산으로 주로 데이터베이스의 내용이 손상됐을 때, Backup 본으로 회복한 다음 Backup 본에 있는 데이터 이후는 로그에 갱신되어 있는 데이터를 데이터베이스에 적용하는 데 사용함
• 회복 Undo
  • 변경된 데이터를 취소하여 원래의 내용으로 복원시키는 연산으로 주로 트랜잭션 실행 중 실행이 실패하였을 경우 원래의 내용으로 복원하는 경우에 사용함

4) 회복 기법

1. 즉시 갱신을 로그를 이용한 회복
   • 트랜잭션이 일을 하고 있는 상태에서 그 결과를 즉시 데이터베이스에 반영할 수 있도록 하는 방법
   • 트랜잭션의 처리 도중 어떤 장애 요인에 의해서 트랜잭션이 완료되지 못한다면 로그에 있는 갱신 이전의 데이터로 데이터베이스를 복원하여 회복하는 기법(Undo 연산)
2. 로그를 이용한 지연 회복 기법
   • 어떤 트랜잭션의 갱신 결과를 로그에 기록하여 두었다가 트랜잭션의 연산이 완료되면 한 번에 데이터베이스에 반영하는 기법(Redo 연산)
3. 검사 시점에 의한 회복 기법
   • 장애 요인이 발생했을 때 로그에 있는 데이터 중 어디까지 데이터베이스에 반영해야 하는지를 결정하는 방법
   • Checkpoint라는 검사점을 두고, 로그에 있는 내용이 데이터베이스에 반영될 때마다 이 검사점을 설정한 다음, 장애 요인 발생 시 최근의 검사점을 찾아 검사점 이전은 Redo 연산을, 이후는 Undo 연산을 실시하여 데이터베이스에 반영하는 방법
   • 쓸데없는 부가적 노력을 방지하는 데 목적이 있음
4. 그림자 페이징(Shadow Paging) 기법
   • 로그를 이용하지 않고 데이터베이스를 일정 크기의 페이지 단위인 현 페이지 테이블과 그림자 페이지 테이블을 유지하면서 데이터 변경 시 현 페이지 테이블만 변경시키고 그림자 페이지는 이전의 값을 유지함
   • 문제 발생 시 그림자 페이지로 대체하여 회복하는 기법을 의미