방송대 데이터베이스시스템

방송대 컴퓨터과학과/데이터베이스시스템

방송대 데이터베이스시스템 - 12강. 트랜잭션

꼽파 2023. 6. 1. 11:57

1. 트랜잭션의 이해

2. 트랜잭션의 동시성

3. 트랜잭션의 특성

1. 트랜잭션의 이해

데이터 동시 접근의 문제

동일 데이터에 다수 사용자의 접근 허용 시 일관성이 훼손

하나의 작업이 동시에 처리될 때 데이터에 일관성이 훼손 발생함.
DBMS는 다수의 사용자가 동시에 여러 형태의 데이터를 사용하기 위해 모아놓은 데이터의 집합
→ 이러한 형태의 데이터베이스를 일관성이 훼손되지 않도록 지속적으로 데이터를 관리해야함.

우연하게 동일한 데이터에 어떤 작업을 요청할 수 있는 사용자들이 있음.
특별한 조치가 이루어지지 않으면 당연히 일관성이 훼손된 데이터를 만들 수밖에 없음.

트랜잭션의 개념

• 데이터베이스를 조작하기 위한 하나의 논리적 단위를 이루는 일련의 연산의 집합

예) 예금 인출

작업 단위 : 예금 1000원 인출

일련의 연산 : Read(A), A = A - 1000, Write(A)

→ 논리적 작업은 1개지만 데이터베이스 입장에서의 연산은 3개임.

• 데이터베이스를 사용하여 처리하는 작업을 하나의 묶음으로 인식하여 묶음 단위(트랜잭션)로 실행되도록 정의한 개념

트랜잭션의 특징

다수의 연산으로 구성된 트랜잭션이 사용자에게 단일작업처럼 다뤄지도록 ACID 특징을 준수

ACID 특성

원자성(Atomicity)	하나의 트랜잭션에 포함된 모든 연산은 완전히 수행되거나 전혀 수행되지 않음. (All or Nothing)
일관성(Consistency)	특정 트랜잭션이 수행되기 전과 후에 데이터베이스가 일관된 상태를 유지
고립성(Isolation)	특정 트랜잭션이 데이터베이스를 갱신하는 동안 다른 트랜잭션에 의해 방해받지 않음. 다수의 트랜잭션이 동시에 수행될지라도 각각의 트랜잭션은 DBMS 상에서 독자적으로 처리되는 것과 같음.
지속성(Durability)	완료된 트랜잭션의 결과는 어떠한 시스템의 장애에도 데이터베이스에 반영되어야 함(영구 지속).

트랜잭션 읽기와 쓰기

트랜잭션의 두 연산

Read(X)	데이터베이스에서 데이터 X를 읽고, 트랜잭션이 실행되는 메모리의 변수 X에 값을 저장하는 연산
Write(X)	트랜잭션이 실행되는 메모리에 있는 변수 X의 값을 데이터베이스에 저장하는 연산

계좌 A에서 B로 1,000원을 이체하는 트랜잭션

	원자성 Write(A) 연산 도중 DBMS 오류로 완료하지 못하는 경우 A에는 9,000원, B에는 20,000원이 되어 총액 1,000원이 사라짐. 원자성 보장을 위해 하나의 작업이 처리되다가 어떤 연산을 더이상 처리할 수 없어서 트랜잭션이 마무리될 수 없다고 하면 다시 돌려보내서 처리되기 이전으로 원복을 시킴.
	일관성 A와 B의 총액은 20,000원임. 중간에 작업이 처리되고 A에서 1,000원이 빠져서 총액이 1,000원 감소하였으나, Write(B)가 끝나고 다시 전체 계좌에 잔액이 20,000원이 됨. 트랜잭션 수행 전과 후의 결과가 일관되어야 함. 트랜잭션이 실행되는 순간 일관성이 훼손되었지만 다시 끝마치고 나서 20,000원으로 일관성이 원복됨.
	고립성 동시에 여러 개의 트랜잭션 처리를 하는 경우 데이터과 비일관된 상태를 유지함. A의 계좌에서 만원을 빼고 저장하지 않았는데, 다른 사용자가 트랜잭션 A의 계좌를 읽으면 작업이 별도로 진행됨. A의 잔고는 9천원이 되지만, 또다른 트랜잭션에서는 A의 잔고가 만원이라고 함. 하나의 트랜잭션이 처리되고 있는 동안 다른 트랜잭션이 작업을 중단되지 않도록 함.
	지속성 작업이 다 처리되고 문제가 발생하는 경우, 지속성을 만족시켜야 하므로 데이터를 원복시키는 작업을 수행함. 실제 DB에는 A의 잔고 9,000원, B의 잔고 11,000원이 남아야 함. 정상적으로 트랜잭션이 끝났으면 그 값은 영구히 유지되는 것이 맞음.

트랜잭션 연산자

트랜잭션의 연산

Read(X)	데이터베이스에서 데이터 X를 읽고, 트랜잭션이 실행되는 메모리의 변수 X에 값을 저장하는 연산
Write(X)	트랜잭션이 실행되는 메모리에 있는 변수 X의 값을 데이터베이스에 저장하는 연

트랜잭션 실행의 연산

Commit	트랜잭션 연산에 의해 갱신된 데이터 항목의 값을 데이터베이스에 반영시키고 지속성을 확보하는 연산
Rollback	트랜잭션이 중단되기 이전까지 수행한 연산에 의해 갱신된 모든 데이터 항목의 값을 무효화하여 일관성을 확보하는 연산

트랜잭션의 5가지 상태 변화

동작 (active)	트랜잭션이 시작을 준비 또는 실행 중인 상태
부분 커밋 (partially commited)	마지막 연산을 실행한 직후의 상태 갱신된 데이터가 메모리상에만 존재하고 데이터베이스에는 반영되지 않은 상태
커밋 (commited)	모든 실행이 성공적으로 완료된 후의 상태 갱신된 데이터가 데이터베이스에 반영되어 종료된 상태
실패 (failed)	실행이 정상적으로 진행될 수 없는 상태 현재까지 트랜잭션에서 실행된 모든 연산을 트랜잭션이 시작되기 이전의 상태로 롤백해야 하는 상태
중단 (aborted)	실행 실패로 롤백되고 시작 이전의 상태로 환원된 상태

롤백(rollback) : 트랜잭션이 중단되기 이전까지 수행한 연산에 의해 변경된 내용을 무효화하는 과정

2. 트랜잭션의 동시성

동시성 고려

DBMS는 다수의 사용자가 데이터베이스를 공용으로 사용하기 위한 목적으로 도입

트랜잭션 동시 실행의 이점

- 트랜잭션 처리율과 자원 이용률을 향상

- 트랜잭션의 대기 시간을 감소

다중 사용자 환경에서 트랜잭션의 동시 실행으로 데이터 갱신 시, 일관성 훼손 문제가 발생

• 동시성 제어(concurrency control) : 다수의 트랜잭션이 성공적으로 동시에 실행되어도 일관성을 유지할 수 있도록 지원하는 기법

적용 트랜잭션

A와 B에 각각 10,000원과 20,000원 잔액

- T1 : 1,000원을 계좌 A에서 B로 이체

- T2 : 계좌 A의 잔고에서 20%를 B로 이체

• 스케줄(schedule) : 다수의 트랜잭션에 포함된 연산의 실행 순서를 명시한 것

→ 스케줄을 보고 동시에 실행해도 되는지 안 되는지를 판별

직렬 스케줄

각 트랜잭션에 속한 모든 연산이 순차적으로 실행되는 스케줄

T과 T이 순차적으로 실행되는 스케줄


왼쪽 T A : 9,000원 B : 21,000원 → 잔액 30,000원	오른쪽 T A : 7,200원 B : 22,800원 → 잔액 30,000원	왼쪽 T A : 7,000원 B : 23,000원 → 잔액 30,000원	오른쪽 T A : 8,000원 B : 22,000원 → 잔액 30,000원

스케줄 1과 스케줄 2는 모두 일관성 측면에서 문제가 없음.

병렬 스케줄

하나의 트랜잭션이 완료되기 전에 다른 트랜잭션이 실행되는 스케줄

병렬 스케줄의 순서로 연산을 수행할 경우 일관성의 훼손이 발생할 가능

T0과 T1의 비순차적 실행되는 스케줄


T1 - A : 9000원 T2 - A : 7,200원 T1 - B : 21,000원 T2 - B : 22,800원 → A : 7,200원, B : 22,800원이므로 총 30,000원	T1 - A : 10,000원 (Write가 실행되지 않아서 실제 DB에는 10,000원) T2 - A : 8,000원 T1 - A : 9,000원 (앞전 T1에서의 연산을 먼저 실행함), B : 21,000원 T2 - B : 22,000원 → A : 9,000원, B : 22,000원이므로 총 31,000원