[데이터베이스] 병행 제어(Concurrency Control)

병행제어란 여러개의 트랜잭션이 실행될 때 트랜잭션들이 데이터베이스의 일관성을 파괴하지 않고 다른 트랜잭션에 영향을 주지 않으면서 트랜잭션을 제어하는 것을 의미합니다. 병행제어의 목적은 데이터 베이스의 공유와 시스템 활용도의 최대화, 데이터 베이스의 일관성 유지, 사용자에 대한 응답시간을 최소화하는데 있습니다.

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트랜잭션이 동시에 실행되면 ?

Dirty Write

같은 데이터에 대해 동시에 두 개 이상의 트랜잭션이 값을 바꾸고자 할 때 발생되는 현상

 

Dirty Read

아직 종료(commit)되지 않은 트랜잭션의 쓰기 내용을 읽는 것으로 비정상적 상태의 데이터를 읽게 되는 현상

 

Non-repeatable Read

어떤 트랜잭션에서 동일한 데이터의 값을 매번 읽을 때 마다 틀려지는 현상

 

Phantom Read

기존 데이터는 동일한 데 새로 추가된 값에 의해 데이터 값이 변경되는 현상

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병행제어를 하지 않으면 ? 

 

1. 분실된 갱신

두 개의 트랜잭션이 같은 데이터에 대해서 동시에 갱신 작업을 하면 하나의 갱신 작업이 분실되는 경우

 

2. 모순성

한 개의 트랜잭션 작업이 갱신 작업을 하고 있는 상태에서 또 하나의 트랜잭션이 같은 작업 구역에 침범하여 작업하게 되어 데이터베이스의 일관성을 해치는 경우

 

3. 연쇄복귀

같은 자원을 사용하는 두개의 트랜잭션 중 한 개의 트랜잭션이 성공적으로 일을 수행하였다 하더라도 다른 트랜잭션이 처리하는 과정에서 실패하게 되면 두 개의 트랜잭션 모두가 복귀되는 현상

 

4. 비완료 의존성

한 개의 트랜잭션이 수행과정에서 실패하였을 때, 이 트랜잭션이 회복되기 전에 다른 트랜잭션이 수행 결과를 참조하는 현상

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병행제어 기법

1. 로킹(Locking)

트랜잭션이 어떤 데이터에 접근하고자 할 때 로킹을 수행하며 로킹을 한 트랜잭션만이 로킹을 해제할 수 있음. 로킹되어 있는 데이터에는 다른 트랜잭션이 접근할 수 없음, 트랜잭션은 로킹이 된 데이터에 대해서만 연산을 수행할 수 있으며 로킹의 단위에는 필드, 레코드, 파일, 데이터베이스 모두 로킹이 될 수 있음

 

- 로킹 단위가 크면 : 관리하기가 용이(로킹 오버헤드 감소), 하지만 동시성 수준이 낮아짐

- 로킹 단위가 작으면 : 동시성 수준이 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 구분하며 직렬가능성을 보장함, 하지만 교착상태가 발생할 수 있음.

 

- 확장단계 : 트랜잭션이 Lock만 할 수 있고 Unlock은 할 수 없음

- 축소단계 : 트랜잭션이 Unlock만 할 수 있고 Lock은 할 수 없음

 

2. 타임스탬프(Time Stamp)

데이터에 접근하는 시간을 미리 정하여 정해진 시간의 순서대로 데이터에 접근하며 수행함, 직렬가능성을 보장하며 시간을 나눠 사용하기 때문에교착상태가 발생하지 않음, 하지만 연쇄복귀를 초래할 수 있음.

 

3. 낙관적 병행제어(Optimistic Concurrency Control)

트랜잭션 수행 동안은 어떠한 검사도 하지 않고, 트랜잭션 종료 시에 일괄적으로 검사함, 트랜잭션 수행 동안 그 트랜잭션을 위해 유지되는 데이터 항복의 지역사본에 대해서만 갱신하며 트랜잭션 종료 시에 동시성을 위한 트랜잭션 직렬화가 검증되면 일시에 DB로 반영함

 

4. 다중 버전 병행제어(Multi-version Concurrency Control)

하나의 데이터 아이템에 대해 여러 버전의 값을 유지하며 조회성능을 최대한 유지하기 위한 기법, 트랜잭션 간의 충돌 문제는 대기가 아니라 복귀처리 함으로 연쇄복귀초래 발생 가능성이 있음