[DB] 트랜잭션 (Transaction), 장애 회복

트랜잭션

• 하나의 작업을 수행하는 데 필요한 데이터베이스 연산들을 모아놓은 것 = 작업 수행에 필요한 SQL 문의 모임
  • 특히, 데이터베이스를 변경하는 INSERT, DELETE, UPDATE 문의 실행 관리
• 논리적 작업의 단위
• 장애 발생 시 복구 작업이나 병행 제어 작업을 위한 중요한 단위
• 데이터베이스의 무결성과 일관성을 보장하기 위해 작업 수행에 필요한 연산들을 하나의 트랜잭션으로 제대로 정의하고 관리해야 함

  ---

트랜잭션의 특성 (ACID)

원자성 (Atomicity)	- 트랜잭션 연산들이 모두 정상적으로 실행되거나 하나도 실행되지 않아야 함 (= all-or-nothing) - 만약 트랜잭션 수행 도중 장애 발생하면 지금까지 실행한 연산 처리 모두 취소하고, 데이터베이스를 트랜잭션 작업 전 상태로 되돌려야 함 - 원자성 보장 위해 장애 발생 시 회복 기능 필요
일관성 (Consistency)	- 트랜잭션이 성공적으로 수행된 후에도 데이터베이스가 일관된 상태를 유지해야 함
격리성 (Isolation)	- 수행 중인 트랜잭션이 완료될 때까지 다른 트랜잭션들이 중간 연산 결과에 접근할 수 없음 - 격리성 보장 위해 여러 트랜잭션이 동시에 수행되더라도 마치 순서대로 하나씩 수행되는 것처럼 정확하고 일관된 결과를 얻을 수 있도록 제어하는 기능 필요
지속성 (Durability)	- 트랜잭션이 성공적으로 완료된 후 데이터베이스에 반영한 수행 결과는 영구적이어야 함 - 장애 발생 시 회복 기능 필요

트랜잭션의 특성과 DBMS의 기능

---

트랜잭션의 주요 연산

• commit 연산
  • 트랜잭션이 성공적으로 수행되었음을 선언 (수행 완료)
  • commit 연산이 실행되면 트랜잭션의 수행 결과가 데이터베이스에 반영되고 일관된 상태를 지속적으로 유지 

 

• rollback 연산
  • 트랜잭션을 수행하는 데 실패했음을 선언 (작업 취소)
  • rollback 연산이 실행되면 트랜잭션이 지금까지 실행한 연산의 결과가 취소되고 데이터베이스가 트랜잭션 수행 전의 일관된 상태로 되돌아감

---

트랜잭션의 상태

트랜잭션의 5가지 상태

• 활동 (active) 상태: 트랜잭션이 수행되기 시작하여 현재 수행 중인 상태
• 부분 완료 (partially committed) 상태: 트랜잭션의 마지막 연산이 실행을 끝낸 직후의 상태
• 완료 (committed) 상태: 트랜잭션이 성공적으로 완료되어 commit 연산 실행한 상태, 트랜잭션이 수행한 최종 결과를 데이터베이스에 반영하고, 데이터베이스가 새로운 일관된 상태가 되면서 트랜잭션이 종료
• 실패 (failed) 상태: 장애가 발생하여 트랜잭션의 수행이 중단된 상태
• 철회 (aborted) 상태: 트랜잭션의 수행 실패로 rollback 연산을 실행한 상태, 지금까지 실행한 트랜잭션의 연산을 모두 취소하고 트랜잭션이 수행되기 전의 데이터베이스 상태로 되돌리면서 트랜잭션 종료, 철회 상태로 종료된 상황에 따라 다시 수행되거나 폐기됨

  ---

장애와 회복

장애(failure): 시스템이 제대로 동작하지 않는 상태

트랜잭션 장애	의미	트랜잭션 수행 중 오류가 발생해 정상적으로 수행을 계속할 수 없는 상태
	원인	트랜잭션의 논리적 오류. 잘못된 데이터 입력, 시스템 자원의 과돠 사용 요구, 처리 대상 데이터의 부재 등
시스템 장애	의미	하드웨어의 결함으로 정상적으로 수행을 계속할 수 없는 상태
	원인	하드웨어 이상으로 메인 메모리에 저장된 정보가 손실되거나 교착 상태가 발생한 경우 등
미디어 장애	의미	디스크 장치의 결함으로 디스크에 저장된 데이터베이스의 일부 혹은 전체가 손상된 상태
	원인	디스크 헤드의 손상이나 고장 등

 

트랜잭션의 수행을 위해 필요한 데이터 이동 연산

• (input/output) 디스크와 메인 메모리 간의 데이터 이동 연산
  • 일반적으로 데이터베이스가 비휘발성 저장 장치인 디스크에 상주, 트랜잭션이 데이터베이스의 데이터를 처리하기 위해서는 데이터를 디스크에서 메인 메모리로 가져와 처리한 다음 그 결과를 디스크로 보내는 작업이 필요함
  • 블록 단위로 수행됨 (디스크 블록: 디스크에 있는 블록 / 버퍼 블록: 메인 메모리에 있는 블록)
  • input(X): 디스크 블록에 저장되어 있는 데이터 X를 메인 메모리 버퍼 블록으로 이동시키는 연산
  • output(X): 메인 메모리 버퍼 블록에 있는 데이터 X를 디스크 블록으로 이동시키는 연산
• (read/write) 메인 메모리와 프로그램 변수 간 데이터 이동 연산
  
  • 응용 프로그램에서 트랜잭션의 수행을 지시하면 메인 메모리 버퍼 블록에 있는 데이터를 프로그램의 변수로 가져오고, 데이터 처리 결과를 저장한 변수 값을 메인 메모리 버퍼 블록으로 옮기는 작업이 필요
  • read(X): 메인 메모리 버퍼 블록에 저장되어 있는 데이터 X를 프로그램의 변수로 읽어오는 연산
  • write(X): 프로그램의 변수 값을 메인 메모리 버퍼 블록에 있는 데이터 X에 기록하는 연산

 

회복

• 장애가 발생했을 때 데이터베이스를 장애가 발생하기 전의 일관된 상태로 복구시키는 것
• 트랜잭션의 특성 보장 + 데이터베이스를 일관된 상태로 유지하기 위해 필수
• 회복 관리자가 담당: 장애 발생을 탐지하고, 장애가 탐지되면 데이터베이스 복구 기능 제공

회복을 위한 기본 연산

redo(재실행)	가장 최근에 저장한 데이터베이스 복사본을 가져온 후 로그를 이용해 복사본이 만들어진 이후에 실행된 모든 변경 연산을 재실행하여 장애가 발생하기 직전의 데이터베이스 상태로 복구 (전반적으로 손상된 경우에 주로 사용)
undo(취소)	로그를 이용해 지금까지 실행된 모든 변경 연산을 취소하여 데이터베이스를 원래의 상태로 복구 (변경 중이었거나 이미 변경된 내용만 신뢰성을 잃은 경우에 주로 사용)

 

회복을 위해 데이터베이스 복사본을 만드는 방법 →→→ 데이터베이스 회복의 핵심원리는 데이터 중복

• 덤프(dump): 데이터베이스 전체를 다른 저장 장치에 주기적으로 복사하는 방법
• 로그(log)
  • 데이터베이스에서 변경 연산이 실행될 때마다 데이터를 변경하기 이전 값과 변경한 이후의 값을 별도의 파일에 기록하는 방법
  • 레코드 단위로 트랜잭션 수행과 함께 기록됨 

    

---

회복 기법

로그 회복 기법 - 즉시 갱신 회복 기법

• 트랜잭션 수행 중에 데이터 변경 연산의 결과를 데이터베이스에 즉시 반영
• 장애 발생에 대비하기 위해 데이터 변경에 대한 내용을 로그 파일에 기록, 데이터 변경 연산이 실행되면 로그 파일에 로그 레코드를 먼저 기록한 다음 데이터베이스에 변경 연산 반영
• 장애 발생 시점에 따라 redo나 undo 연산 실행해 데이터베이스 복구

  

  

로그 회복 기법 - 지연 갱신 회복 기법

• 트랜잭션 수행 중에 데이터 변경 연산의 결과를 로그에만 기록해두고, 트랜잭션이 부분 완료된 후에 로그에 기록된 내용을 이용해 데이터베이스에 한 번에 반영
• undo 연산 필요 없고 redo 연산만 사용
• 로그 레코드에는 변경 이후 값만 기록하면 됨 : <T1, X, new_value> 형식

  

  

검사 시점 회복 기법

• 로그 기록 이용하되, 일정 시간 간격으로 검사 시점(checkpoint)를 만듦
• 장애 발생 시 가장 최근 검사 시점 이후의 트랜잭션에만 회복 작업 수행
• 로그 전체를 대상으로 회복 기법을 적용할 때 발생할 수 있는 비효율성의 문제를 해결

 

미디어 회복 기법

• 디스크에 발생할 수 있는 장애에 대비한 회복 기법
• 덤프(복사본) 이용: 전체 데이터베이스의 내용을 일정 주기마다 다른 안전한 저장 장치에 복사
• 디스크 장애 발생하면, 가장 최근에 복사해둔 덤프를 이용해 장애 발생 이전의 데이터베이스 상태로 복구하고 필요에 따라 redo 연산 수행