15. 동시성 제어 1부

Last updated - 2024년 11월 21일 Edit Source

유튜버 쉬운코드 님의 데이터베이스 강의를 정리한 내용

ex) J가 H에게 20만원을 이체할 때, 하필 그 타이밍에, H도 ATM에서 본인 계좌에 30만원을 입금한다면?

case 1

case 2

case 3

case 4

• 이렇게 update 된 데이터가 사라지는 현상을 Lost update라고 함

용어정리

• 위와 같이 간소화 시켜보겠다.
• 이렇게 하나 하나의 과정을 operation이라고 부름
• r1(K)를 보면 r은 읽기, 1은 트랜잭션 숫자, K는 읽으려는 데이터이다.

최종 간소화

Schedule (스케쥴)

• 여러 transaction들이 동시에 실행될 때 각 transaction에 속한 operation 들의 실행 순서를 의미
• 각 transaction 내의 operations들의 순서는 바뀌지 ❌

Serial schedule (순차적 스케쥴)

• transaction들이 겹치지 않고 한 번에 하나씩 실행되는 schedule

nonserial schedule (비순차적 스케쥴)

• transaction들이 겹쳐서(interleaving) 실행되는 schedule

Serial schedule 성능

• Serial schedule은 순차적으로 트랜잭션이 실행되니까 이상한 결과를 만들지는 않음
• 하지만, IO 작업을 하는 동안 CPU는 가만히 놀고 있음
• 한 번에 하나의 transaction만 실행되기 때문에 좋은 성능을 낼 수 없고 현실적으로 사용할 수 없는 방식

nonserial schedule 성능

• transaction들이 겹쳐서 실행되기 때문에 동시성이 높아져서 같은 시간동안 더 많은 transaction 들을 처리할 수 있음
• 하지만, transaction 들이 어떤 형태로 겹쳐서 실행되는지에 따라 이상한 결과가 나올 수 있음

고민거리

• 성능 때문에 여러 transaction 들을 겹쳐서 실행할 수 있으면 좋다. (nonserial schedule)
• 하지만, 이상한 결과가 나오는 것은 원하지 않는다.

아이디어

• nonserial schedule로 실행해도 이상한 결과가 나오지 않는 방법이 뭘까?
  • serial schedul과 동일한(equivalent) nonserial schedule을 실행해보자!
  • schedule이 동일하다의 의미를 정의해야겠네

Conflict

• 두 개의 operations에 대하여 사용하는 개념
• conflict가 중요한 이유는, conflict operation의 순서가 바뀌면 결과도 바뀌기 때문
• 아래의 세 가지 조건을 모두 만족하면 conflict
  1. 서로 다른 transaction 소속
  2. 같은 데이터에 접근
  3. 최소 하나는 write operation

ex) conflict 예시

Conflict equivalent, 충돌되는 연산 순서가 동일하다

• conflict 개념을 사용하여 schedule이 동일하다는 의미를 정의하기 위함
• 아래의 두 조건을 모두 만족하면 conflict equivalent
  1. 두 schedule은 같은 transaction들을 가짐
  2. 어떤(any) conflicting operations의 순서도 양쪽 schedule 모두 동일

• 3개의 conflicting operations들의 순서가 양쪽 모두 동일
  • sched.3 : r2(H) -> w1(H), sched.4 : r2(H) -> w1(H)
  • sched.3 : w2(H) -> r1(H), sched.4 : w2(H) -> r1(H)
  • sched.3 : w2(H) -> w1(H), sched.4 : w2(H) -> w1(H)
• 이 두 개의 스케쥴은 최종적으로 conflict equivalent 하다고 할 수 있음
• 그런데, schedule2를 보면 순차적인 스케쥴(serial schedule)이다.

Conflict Serializable

• 위의 예시처럼 serial schedule과 conflict equivalent 할 때 conflict serializable이라고 한다.
• nonserial schedule 이었던 schedule3은 conflict serializable이다.

ex) 다른 예제, sched.4는 conflict serializable일까?

• 두 스케쥴은 같은 트랜잭션에 대하여 실행하는 것이기에 Conflict equivalent 첫 번째 조건 🟢
• conflicting operations 확인
  • sched.4 : r1(H) -> w2(H), sched.2 : w2(H) <- r1(H)
  • 엥! 순서가 역전되어있네. conflict equivalent 하지 않네 !!
• sched.4는 serial schedule인 sched.2와는 conflict equivalent 하지 않은 것 확인

• 두 스케쥴은 같은 트랜잭션에 대하여 실행하는 것이기에 Conflict equivalent 첫 번째 조건 🟢
• conflicting operations 확인
  • sched.4 : r1(H) -> w2(H), sched.1 : r1(H) -> w2(H)
  • sched.4 : r2(H) -> w1(H), sched.1 : w1(H) <- r2(H)
  • 엥! 순서가 역전되어있네. conflict equivalent 하지 않네 !!
• sched.4는 serial schedule인 sched.1와는 conflict equivalent 하지 않은 것 확인

결과적으로, sched.4는 serial schedule인 sched.1과 sched.2 둘 중 그 어떤 serial schedule과도 conflict equivalent 하지 않는다. 그래서 sched.4가 이상한 결과가 나온 것이다. 그 어떤 serial schedule과도 conflict equivalent 하지 않았으니까.

Conflict Serializable 구현

• 여러 transaction을 동시에 실행해도 schedule이 conflict serializable 하도록 보장하는 프로토콜을 적용
  • 일단 실행하고나서 conflict serializable 한 지 확인하는 것이 아니라, 아예 conflict serializable한 schedule만 실행될 수 있도록 보장하는 프로토콜을 적용한다는 의미

ex) 여러 트랜잭션이 실행될 때마다 해당 schedule이 conflict serializable인지 확인하면 안됨?

• 요청이 많이 몰려오면, 동시에 실행될 수 있는 트랜잭션 수가 너무 많음
• 이 많은 트랜잭션이 실행될 때 그 스케쥴이 conflict serializable 한 지 확인하려면 비용이 굉장히 많이 들 것이니까
• 따라서, 이러한 방법은 사용하지 않음

어떤 schedule이 어떤 임의의 serial schedule과 동일(equivalent) 하다면 이 schedule은 serializable하다 혹은 serializability 속성을 가진다라고 말함

어떤 schedule이 어떤 임의의 serial schedule과 충돌되는 연산 순서가 동일(conflict equivalent) 하다면 이 schedule은 conflict serializable하다 혹은 conflict serializability 속성을 가진다라고 말함

어떤 schedule이 어떤 임의의 serial schedule과 view equivalent 하다면 이 schedule은 view serializable하다 혹은 view serializability 속성을 가진다라고 말함

concurrency control makes any schedule serializable

• 어떤 스케쥴도 serializable 하게 만드는 역할을 수행하는 것이 바로 동시성 제어이다.
• 이것과 밀접하게 연관된 트랜잭션의 속성이 바로 Isolation 이다.
  • isolation을 너무 엄격하게 지켜서 serializability를 완벽하게 추구하면, 그만큼 동시성이 줄어들어서 성능은 떨어지게 된다.
  • 그래서 이 isolation을 좀 완화시켜서 개발자의 필요에 따라 유연하게 선택할 수 있도록 한 개념이 바로 isolation level이다.