트랜잭션

트랜잭션

DBMS에서 데이터를 다루는 논리적인 작업의 단위(데이터를 읽거나 쓰는 프로세스)

Reference : https://itwiki.kr/w/%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%9E%AD%EC%85%98

트랜잭션 특징 ( ACID 성질)

트랜잭션은 데이터베이스의 무결성을 유지하기 위해 원자성, 일관성, 고립성, 지속성을 갖는다.

• Atomicity 원자성
  • all or nothing 트랜잭션에 포함된 작업은 전부 수행되거나 아니면 전부 수행되지 않아야 한다.
  • 트랜잭션이 원자처럼 더는 쪼개지지 않는 하나의 단위처럼 동작해야 한다.

• Cinsistency 일관성
  • 트랜잭션을 수행하기 전이나 수행한 후나 데이터베이스는 항상 일관된 상채를 유지해야 한다.

• Isolation 고립성
  • 수행 중인 트랜잭션에 다른 트랜잭션이 끼어들어 변경중인 데이터 값을 훼손하는 일이 없어야 한다.
  • 다른 트랜잭션의 방해를 받지 않고 독립적으로 수행

• Durability 지속성
  • 수행을 성공적으로 완료한 트랜잭션은 변경한 데이터를 영구 저장해야 한다.
  • 저장 후 어느 때나 발생할 수 있는 정전, 장애, 오류에 영향을 받지 않아야 한다.
  • DBMA 복구 시스템은 트랜잭션이 작업한 내용을 수시로 log 데이터베이스에 기록, 문제 발생시 log file을 이용하여 복구

데이터베이스에서 트랜잭션의 단위란

데이터베이스에서 데이터를 다룰 때 장애가 일어나는 경우 트랜잭션은 데이터를 복구하는 작업의 단위

데이터베이스에서 여러 작업이 동시에 같은 데이터를 다룰 때 트랜잭션은 이 작업을 서로 분리하는 단위

트랜잭션 수행 과정

시작->->수행->부분완료->버퍼내용기록->완료

부분 완료 후 버퍼내용을 기록하는 이유는 데이터베이스에 기록하는 과정이 시간이 많이 소요되고, 다른 트랜잭션이 같은 테이블을 필요로 할 수 있기 때문이다. 또한 DBMS가 동시에 많은 트랙잭션을 수행할 때, 각각의 트랜잭션이 하드디스크에 개별 접근하는 것을 피하고 DBMS가 일괄적으로 하드디스크에 접근하여 처리함으로 사용자에게 빠른 응답성을 보장하기 위함이다.

트랜잭션 성질

트랜잭션은 일반 프로그램과 달리 데이터베이스에 저장된 데이터를 다루며 DBMS에 의해 처리

트랜잭션과 프로그램의 차이

트랜잭션프로그램

DBMS
Database		file

트랜잭션 제어 명령어 오라클 기준

문법설명표준 명령어

SET TRANSACTION NAME <name>	트랜잭션의 시작	START TRANSACTION
COMMIT	트랜잭션의 종료	COMMIT
ROLLBACK {TO <savepoint>}	<savepoint>까지 무효화	ROLLBACK
SAVEPOINT<savepoint>	<savepoint>를 만듦	SAVE

트랜잭션과 DBMS의 기능 관계

동시성 제어

두 개 이상의 트랜잭션이 동시에 수행될 때 일관성을 해치지 않도록 트랜잭션의 데이터 접근을 제어하는 DBMS의 기능

T1T2발생 문제동시 접근

읽기	읽기	없음(읽기만 하면 아무 문제 없다)	허용
쓰기	쓰기	갱신손실	허용불가(LOCK 이용)
읽기	쓰기	오손 읽기, 반복불가능 읽기, 유령데이터 읽기	허용/불가 중 선택

갱신손실 문제 ( 절대 허용 X )

T1T2발생 문제동시 접근

쓰기

쓰기

갱신손실

허용불가(LOCK 이용)

두 개의 트랜잭션이 한 개의 데이터를 동시에 갱신할 때 발생

트랜잭션 T1, 트랜잭션 T2 가 동시에 한 개의 데이터를 동시에 갱신할 때, T2가 T1이 갱신 준비중인 값을 가져와 갱신했을때 갱신이 동시에 발생하는 문제

갱신손실 해결

락

자신이 데이터를 수정중이라는 사실을 알리는 방법으로 데이터를 사용하는 동안 잠금장치를 걸어두는 기능

락은 두 가지 유형을 가지고 있다.

• shared lock LS 공유락
  • 읽기를 할 때 사용하는 락
• exclusive lock LX 배타락
  • 읽고 쓰기를 할 때 사용하는 락

일기만 하면 LS 요청, 읽거나 쓰기를 하면 LX 요청

LS상태LX상태

LS요청	허용	대기
LX요청	대기	대기

2단계 락킹 - 2 phase locking

확장단계 - 필요한 락을 획득하는 단계, 이미 획득한 락을 해제하지 않는다.

수축단계 - 락을 해제하는 단계로, 새로운 락을 획득하지 않는다.

ex) 트랜잭션이 데이터를 A,B를 둘 다 사용할 경우 LX(A) 의 락을 미리 해제하면 안 된다.

T1T2

LX(A) ...
	LX(A) 대기상태
LX(B) ... UN(A) UN(B)
	LX(A) ...

데드락

2단계 락킹 기법을 사용할 때 두 개 이상의 트랜잭션이 각각 자신의 데이터에 대하여 락을 획득하고 상대방 데이터에 대하여 락을 요청하면 무한 대기에 빠진 생태

데드락 해결

DMBS가 T1 혹은 T2의 작업 중 하나를 강제로 중지. 중지시킨 트랜잭션이 변경한 값은 원래 상태로 바꾸어 놓는다.

트랜잭션 동시 실행 문제

T1T2발생 문제동시 접근

읽기

쓰기

오손 읽기, 반복불가능 읽기, 유령데이터 읽기

허용/불가 중 선택

T1에서 읽기만 하므로 갱신손실 같은 심각한 문제는 발생하지 않는다. 그러나 오손 읽기, 반복불가능 읽기, 유령데이터 읽기 문제 등이 발생할 수 있다.

오손 읽기

T2가 작업하는 중간 데이터를 T1이 읽기 때문에 생기는 문제로, T2가 작업을 철회 할 경우 T1는 무효가 된 데이터를 읽게 되는 잘못된 결과를 도출

오손 읽기 해결

COMMIT 을 하지 않은 데이터는 다른 드랜잭션이 읽지 못하도록 한다.

반복불가능 읽기

T1이 데이터를 읽고 작업한는 중 T2가 데이터를 갱신, T1은 변경한 데이터를 다시 읽을 때 값이 다른 현상. 같은 SQL문에 다른 결과 도출

유령데이터 읽기

T1이 데이터를 읽고 T2가 데이터를 INSERT, T1이 다시 한 번 데이터를 읽을 때 생기는 문제. T1이 읽기 작업을 다시 한 번 반복할 경우 이전에 없던 데이터가 나타나는 현상. 같은 SQL문에 다른 결과 도출

트랜잭션 고립 수준 명령어

DBMS에서 락보다 완화된 방법으로 문제를 해결하는 명령어를 제공한다.

명령어를 사용하면 사용자가 어느 정도 선택하여 트랜잭션을 제어할 수 있다.

고립수준오손 읽기반복불가능 읽기유령데이터 읽기Level

READ UNCOMMITTED	가능	가능	가능	0
READ COMMITTED	불가능	가능	가능	1
REPEATABLE READ	불가능	불가능	가능	2
SERIALIZABLE	불가능	불가능	불가능	3

READ UNCOMMITTED

• LOCK
  • SELECT - 공유락LS 걸지 않음
  • UPDATE - 배타락LX 설정
  • 다른 트랜잭션의 공유락과 베타락이 걸린 데이터를 읽음
• SQL
  • SET TRACSACTION ISOLATION LEVEL READ UNCOMMITTED
• 문제점
  • 오손 읽기, 반복불가능 읽기, 유령데이터 읽기

READ COMMITTED

• LOCK
  • SELECT - 공유락LS 걸고 끝나면 바로 해지
  • UPDATE - 배타락LX 설정
  • 다른 트랜잭션이 설정한 공유락은 읽지만 베타락은 읽지 못함
• SQL
  • SET TRACSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED
• 문제점
  • 반복불가능 읽기, 유령데이터 읽기

REPEATABLE READ

• LOCK
  • SELECT - 공유락LS 걸고 트랜잭션 끝까지 유지
  • UPDATE - 배타락LX 설정
  • 다른 트랜잭션이 설정한 공유락은 읽지만 베타락은 읽지 못함
• SQL
  • SET TRACSACTION ISOLATION LEVEL REPEATABLE READ
• 문제점
  • 유령데이터 읽기

SERIALIZABLE

• LOCK
  • SELECT - 공유락LS 걸고 트랜잭션 끝까지 유지
  • UPDATE - 배타락LX 설정
  • 다른 트랜잭션이 설정한 공유락은 읽지만 배타락은 읽지 못함
  • 인덱스에 공유락을 설정하여 다른 트랜잭션의 INSERT 문 금지
• SQL
  • SET TRACSACTION ISOLATION LEVEL SERIALIZABLE
• 문제점
  • 없음

회복

데이터베이스에 장애가 발생했을 때 데이터베이스를 일관성 있는 상태로 되돌리는 DBMS기능 으로 장애 발생시 DBMS의 회복 관리자는 트랜잭션의 ACID 성질 중 원자성과 지속성을 보장하여 장애로부터 데이터베이스를 보호한다.

원자성 - 변경 내용을 모두 반영 아니면 아예 반영하지 않는 방법과

지속성 - COMMIT하면 로그를 이용해 반드시 데이터베이스에 기록

트랜잭션은 데이터의 변경 내용을 한순간에 기록하지 않는다. 일단 변경한 내용(버퍼)을 로그(임시 디스크)에 기록 후 데이터베이스에 반영

• 시스템 충돌
  • H/W or S/W 오류로 주기억장치가 손실되는 것
• 미디어 장애
  • 헤드 충돌이나 읽기 장애로 보조기억장치가 손실되는 것
• 응용 소프트웨어 오류
  • 데이터베이스에 접근하는 S/W 논리적인 오류로 트랜잭션 수행 실패하는 것
• 자연재해
  • 화재, 홍수, 지진, 정전 등에 의한 컴퓨터 시스템 손상되는 것
• 부주의 혹은 태업
  • 운영자나 사용자의 부주의로 데이터 손실 혹은 의도적인 손상을 입는 것

로그파일

ACID 에서 지속성에서 사용되는 로그를 뜻하며, 트랜잭션이 반영한 모든 데이터의 변경사항을 데이터베이스에 기록하기 전에 미리 기록하는 별도의 데이터. 하드디스크에 저장된다. <트랜잭션번호, 로그 타입, 데이터 항목 이름, 수정 전 값, 수정 후 값> 형식으로 저장

로그 파일을 이용한 회복

REDO

시작과 종료가 있는 경우. (COMMIT 연산이 완료) 다만 변경 내용이 버퍼에서 데이터베이스에 기록되지 않았을 경우, 로그를 보면서 트랜잭션이 변경한 내용을 데이터베이스에 다시 기록하는 과정

UNDO

시작만 있고 종료가 없는 경우 (COMMIT 연산 X) 트랜잭션이 완료되지 않았기 때문에 트랜잭션이 한 일을 모두 취소 즉 버퍼에 변경 내용이 데이터베이스에 기록되어 있을 가능성이 있으므로 로그를 보면서 원상복구 시키는 과정

로그 파일 기록 방법

즉시갱신

버퍼 -> 로그파일, 버퍼 -> 데이터베이스 작업이 부분완료 전에 동시에 진행될 수 있으며, 버퍼의 일부 내용이 실제 데이터베이스에 반영 될 수 있는 상태

• 시스템 운영 시 데이터베이스에 입출력 연산이 증가하는 단점

지연갱신

버퍼 -> 로그파일 이 모두 끝난 후 부분완료를 하고 이후 버퍼 -> 데이터베이스 작업을 진행하는 방법. 부분완료 전에는 실제 데이터베이스에 반영이 되지 않는 상태

• 로그에 시작만 기록된 작업은 UNDO 작업을 할 필요가 없는 장점

• 시스템 복구 시 복구시간이 좀 더 걸리는 단점

체크포인트

로그를 이용한 회복은 시스템에 장애가 일어났을 때 어느 시점까지 되돌아가는지 기록하는 포인트로 트랜잭션 로그 파일을 동기화한 후 동기화한 시점을 로그 파일에 기록해 두는 방법 혹은 그 시점

회복 시 많은 양의 로그를 검색하고 갱신하는 시간을 줄이기 위하여 몇십 분 단위로 기록하며 트랜잭션이 많은 응용의 경우 하루 이상 되돌아가서 복구하는 것은 사실상 불가능하다.

체크포인트가 하는 일

• 주기억장치의 로그 레코드를 모두 하드디스크의 로그 파일에 저장
• 버퍼에 있는 내용을 하드디스크의 데이터베이스에 저장(즉시 갱신)
• 체크포인트를 로그 파일에 표시

체크포인트 있는 로그를 이용한 회복 방법

• 체크포인트 이전에 COMMIT 기록이 있는 트랜잭션의 경우
  • 아무 작업이 필요 없다.
• 체크포인트 이후에 COMMIT 기록이 있는 트랜잭션의 경우
  • 체크포인트 이후에 변경된 내용이 데이터베이스에 방영되지 않았을 가능성이 있으므로 REDO를 진행한다.(즉시갱신, 지연갱신)
• 체크포인트 이후에 COMMIT 기록이 없는 트랜잭션의 경우
  • 즉시갱신 - 버퍼의 내용이 반영됐을 수 있기 때문에 원상복구 UNDO를 시켜야 한다.
  • 지연갱신 - 아무것도 할 필요가 없다. COMMIT 이전의 버퍼 내용 반영하지 않았기 때문