거래와 그 통제 메커니즘

거래

트랜잭션은 시작과 끝이 있는 데이터에 대한 일련의 작업입니다.

트랜잭션은 읽기 및 쓰기 작업이 순차적으로 실행되는 것입니다. 트랜잭션 종료는 변경 사항을 저장(커밋)하거나 변경 사항을 취소(롤백)하는 것일 수 있습니다. 데이터베이스와 관련하여 트랜잭션은 단일 요청으로 처리되는 여러 요청으로 구성됩니다.

거래는 ACID 속성을 충족해야 합니다.

원자성. 거래가 완전히 완료되거나 전혀 완료되지 않습니다.

일관성. 트랜잭션을 완료할 때 데이터에 부과된 제한 사항(예: 데이터베이스의 제약 조건)을 위반해서는 안 됩니다. 일관성은 시스템이 하나의 올바른 상태에서 다른 올바른 상태로 전환된다는 것을 의미합니다.

격리. 병렬로 실행되는 트랜잭션은 서로 영향을 주어서는 안 됩니다. 예를 들어 다른 트랜잭션에서 사용하는 데이터를 변경하면 안 됩니다. 병렬 트랜잭션을 실행한 결과는 트랜잭션을 순차적으로 실행한 것과 동일해야 합니다.

지속 가능성. 일단 커밋되면 변경 사항이 손실되어서는 안 됩니다.

거래 로그

로그는 트랜잭션으로 인한 변경 사항을 저장하고 시스템 오류 발생 시 데이터의 원자성과 안정성을 보장합니다.

로그에는 트랜잭션에 의해 데이터가 변경되기 전후의 값이 포함됩니다. 미리 쓰기 로그 전략은 시작 전의 이전 값과 트랜잭션이 완료된 후의 최종 값에 대한 로그 항목을 추가해야 합니다. 시스템이 갑자기 정지되는 경우 데이터베이스는 로그를 역순으로 읽어 트랜잭션에 의한 변경 사항을 취소합니다. 중단된 트랜잭션이 발생하면 데이터베이스는 이를 실행하고 이에 대한 로그를 변경합니다. 데이터베이스는 장애 발생 당시의 상태에서 정방향으로 로그를 읽어 트랜잭션에 따른 변경 사항을 반환한다. 이러한 방식으로 이미 커밋된 트랜잭션의 안정성과 중단된 트랜잭션의 원자성이 보존됩니다.

단순히 실패한 트랜잭션을 다시 실행하는 것만으로는 복구가 충분하지 않습니다.

예. 사용자는 자신의 계좌에 500달러를 가지고 있고 이를 ATM에서 인출하기로 결정합니다. 두 건의 거래가 진행 중입니다. 첫 번째는 잔액 값을 읽고 잔액에 충분한 자금이 있으면 사용자에게 돈을 발행합니다. 두 번째는 잔액에서 필요한 금액을 뺍니다. 시스템이 충돌하여 첫 번째 작업이 실패했지만 두 번째 작업은 실패했다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 잔액이 남아 있는 원래 상태로 시스템을 되돌리지 않으면 사용자에게 돈을 재발행할 수 없습니다.

절연 수준

커밋된 읽기

Dirty Read 문제는 트랜잭션이 다른 트랜잭션의 중간 결과를 읽을 수 있다는 것입니다.

예. 초기 잔액 값은 $0입니다. T1은 잔액에 $50를 추가합니다. T2는 잔액 값($50)을 읽습니다. T1은 변경 사항을 취소하고 종료합니다. T2는 잘못된 잔액 데이터로 실행을 계속합니다.

해결책은 트랜잭션에 의해 변경된 데이터를 읽는 것을 금지하는 고정 데이터를 읽는 것(Read Committed)입니다. 트랜잭션 A가 특정 데이터 집합을 변경한 경우 트랜잭션 B는 이 데이터에 액세스할 때 트랜잭션 A가 완료될 때까지 기다려야 합니다.

반복 가능한 읽기

업데이트 손실 문제. T1은 T2의 변경 사항 외에 변경 사항을 저장합니다.

예. 초기 잔액 값은 $0이며 두 개의 거래가 동시에 잔액을 보충합니다. T1과 T2는 $0의 잔액을 읽었습니다. 그런 다음 T2는 $200에 $0를 추가하고 결과를 저장합니다. T1은 $100에 $0를 더하고 결과를 저장합니다. 최종 결과는 $100가 아닌 $300입니다.

반복할 수 없는 읽기 문제입니다. 동일한 데이터를 반복적으로 읽으면 다른 값이 반환됩니다.

예. T1은 $0의 잔액 값을 읽습니다. 그런 다음 T2는 잔액에 $50를 추가하고 종료됩니다. T1은 데이터를 다시 읽고 이전 결과와 불일치를 찾습니다.

반복 읽기는 두 번째 읽기가 동일한 결과를 반환하도록 보장합니다. 한 트랜잭션에서 읽은 데이터는 트랜잭션이 완료될 때까지 다른 트랜잭션에서 변경할 수 없습니다. 트랜잭션 A가 특정 데이터 집합을 읽은 경우 트랜잭션 B는 이 데이터에 액세스할 때 트랜잭션 A가 완료될 때까지 기다려야 합니다.

순서대로 읽기(직렬화 가능)

팬텀 읽기 문제. 특정 조건에 따라 데이터를 선택하는 두 개의 쿼리는 서로 다른 값을 반환합니다.

예. T1은 잔액이 0달러보다 크고 100달러 미만인 모든 사용자의 수를 요청합니다. T2는 잔액이 1달러인 사용자로부터 101달러를 공제합니다. T1이 요청을 재발행합니다.

순서대로 읽기(직렬화 가능) 트랜잭션은 완전히 순차적으로 실행됩니다. 요청 조건에 해당하는 기록을 업데이트하거나 추가하는 것은 금지되어 있습니다. 트랜잭션 A가 전체 테이블의 데이터를 요청한 경우 트랜잭션 A가 완료될 때까지 다른 트랜잭션을 위해 전체 테이블이 고정됩니다.

스케줄러

병렬 트랜잭션 중에 작업이 수행되어야 하는 순서를 설정합니다.

지정된 수준의 격리를 제공합니다. 연산 결과가 순서에 의존하지 않는 경우 해당 연산은 교환 가능(Permutable)합니다. 읽기 작업과 다른 데이터에 대한 작업은 교환 가능합니다. 읽기-쓰기 및 쓰기-쓰기 작업은 교환 가능하지 않습니다. 스케줄러의 임무는 실행 결과가 트랜잭션의 순차적 실행과 동일하도록 병렬 트랜잭션에 의해 수행되는 작업을 인터리브하는 것입니다.

병렬 작업 제어 메커니즘(동시성 제어)

낙관적은 갈등을 감지하고 해결하는 데 기반을 두고 있으며, 비관적은 갈등 발생을 예방하는 데 기반을 두고 있습니다.

낙관적 접근 방식에서는 여러 사용자가 원하는 대로 데이터 복사본을 갖게 됩니다. 편집을 완료한 첫 번째 사람이 변경 사항을 저장하고 다른 사람은 변경 사항을 병합해야 합니다. 낙관적 알고리즘은 충돌이 발생하도록 허용하지만 시스템은 충돌로부터 복구해야 합니다.

비관적 접근 방식에서는 데이터를 캡처한 첫 번째 사용자가 다른 사용자가 데이터를 수신하는 것을 방지합니다. 충돌이 거의 발생하지 않는 경우에는 더 높은 수준의 동시성을 제공하는 낙관적 전략을 선택하는 것이 좋습니다.

잠금

한 트랜잭션에 데이터가 잠겨 있으면 다른 트랜잭션은 데이터에 액세스할 때 잠금이 해제될 때까지 기다려야 합니다.

블록은 데이터베이스, 테이블, 행 또는 속성에 중첩될 수 있습니다. 공유 잠금은 여러 트랜잭션을 통해 동일한 데이터에 적용될 수 있으며 모든 트랜잭션(이를 부과한 트랜잭션 포함)을 읽을 수 있도록 허용하고 수정 및 독점 캡처를 금지합니다. 배타적 잠금은 하나의 트랜잭션에서만 적용할 수 있으며, 부과된 트랜잭션의 모든 작업을 허용하고 다른 트랜잭션의 모든 작업을 금지합니다.

교착 상태는 트랜잭션이 무기한 지속되는 보류 상태로 끝나는 상황입니다.

예. 첫 번째 트랜잭션은 두 번째 트랜잭션에서 캡처한 데이터가 릴리스될 때까지 기다리는 반면, 두 번째 트랜잭션은 첫 번째 트랜잭션에서 캡처한 데이터가 릴리스될 때까지 기다립니다.

교착 상태 문제에 대한 낙관적 솔루션은 교착 상태가 발생하도록 허용하지만 교착 상태와 관련된 트랜잭션 중 하나를 롤백하여 시스템을 복구합니다.

교착 상태는 특정 간격으로 검색됩니다. 탐지 방법 중 하나는 시간을 기준으로 하는 것입니다. 즉, 트랜잭션을 완료하는 데 너무 오랜 시간이 걸리면 교착 상태가 발생한 것으로 간주합니다. 교착 상태가 발견되면 트랜잭션 중 하나가 롤백되어 교착 상태와 관련된 다른 트랜잭션이 완료될 수 있습니다. 피해자의 선택은 거래의 가치나 연공서열(Wait-Die 및 Wound-wait 계획)에 따라 결정될 수 있습니다.

모든 거래 T 타임스탬프가 할당됨 TS 거래 시작 시간을 포함합니다.

잠깐만요.

면 TS(티) < TS(티제), 그런 다음 Ti 기다리지 않으면 Ti 롤백하고 동일한 타임스탬프로 다시 시작합니다.

젊은 트랜잭션이 리소스를 획득하고 이전 트랜잭션이 동일한 리소스를 요청하는 경우 이전 트랜잭션은 대기할 수 있습니다. 이전 트랜잭션이 리소스를 획득한 경우 해당 리소스를 요청하는 더 젊은 트랜잭션이 롤백됩니다.

상처-잠깐.

면 TS(티) < TS(티제), 그런 다음 Tj 롤백하고 동일한 타임스탬프로 다시 시작합니다. 그렇지 않으면 Ti 대기 중.

더 젊은 트랜잭션이 리소스를 획득하고 더 오래된 트랜잭션이 동일한 리소스를 요청하는 경우 더 젊은 트랜잭션이 롤백됩니다. 이전 트랜잭션이 리소스를 획득한 경우 해당 리소스를 요청하는 더 젊은 트랜잭션은 대기할 수 있습니다. 우선순위 기반 피해자 선택은 교착 상태를 방지하지만 교착 상태가 아닌 트랜잭션을 롤백합니다. 문제는 트랜잭션이 여러 번 롤백될 수 있다는 것입니다. 오래된 트랜잭션은 오랫동안 리소스를 보유할 수 있습니다.

교착 상태 문제에 대한 비관적인 해결책은 교착 상태의 위험이 있는 경우 트랜잭션 실행을 시작하는 것을 허용하지 않습니다.

교착 상태를 감지하기 위해 그래프가 구성됩니다(대기 그래프, 그래프 대기). 그래프의 정점은 트랜잭션이고 가장자리는 데이터 릴리스를 기다리는 트랜잭션에서 이 데이터를 캡처한 트랜잭션으로 향합니다. 그래프에 루프가 있으면 교착 상태가 발생한 것으로 간주됩니다. 특히 분산 데이터베이스에서 대기 그래프를 작성하는 것은 비용이 많이 드는 절차입니다.

XNUMX단계 잠금 - 트랜잭션 시작 시 트랜잭션에서 사용하는 모든 리소스를 점유하고 마지막에 해제하여 교착 상태를 방지합니다.

모든 차단 작업은 첫 번째 잠금 해제 작업보다 먼저 수행되어야 합니다. 여기에는 그립이 축적되는 성장 단계와 그립이 해제되는 수축 단계의 두 단계가 있습니다. 리소스 중 하나를 캡처하는 것이 불가능하면 트랜잭션이 다시 시작됩니다. 예를 들어 여러 트랜잭션이 동일한 리소스를 두고 경쟁하는 경우 트랜잭션이 필요한 리소스를 획득하지 못할 수도 있습니다.

XNUMX단계 커밋은 모든 데이터베이스 복제본에서 커밋이 실행되도록 보장합니다.

각 데이터베이스는 변경될 데이터에 대한 정보를 로그에 입력하고 코디네이터 OK(Voting Phase)에 응답합니다. 모든 사람이 OK라고 응답한 후 코디네이터는 모든 사람에게 커밋을 요청하는 신호를 보냅니다. 커밋 후 서버는 OK로 응답하고, 적어도 하나의 서버가 OK로 응답하지 않으면 코디네이터는 모든 서버에 변경 사항을 취소하라는 신호를 보냅니다(완료 단계).

타임스탬프 방법

더 젊은 트랜잭션과 관련된 데이터에 액세스하려고 하면 오래된 트랜잭션이 롤백됩니다.

각 거래에는 타임스탬프가 할당됩니다. TS 실행 시작 시간에 해당합니다. 만약에 Ti 더 오래된 Tj, 그런 다음 TS(티) < TS(티제).

트랜잭션이 롤백되면 새 타임스탬프가 할당됩니다. 각 데이터 개체 Q 거래에 관련된 정보는 두 개의 라벨로 표시됩니다. W-TS(Q) — 기록을 성공적으로 완료한 가장 어린 트랜잭션의 타임스탬프 Q. R-TS(Q) — 읽기 레코드를 수행한 가장 어린 트랜잭션의 타임스탬프 Q.

거래할 때 T 데이터 읽기 요청 Q 두 가지 옵션이 있습니다.

면 TS(티) < W-TS(Q)즉, 데이터가 더 젊은 트랜잭션에 의해 업데이트된 다음 트랜잭션이 업데이트되었습니다. T 롤백됩니다.

면 TS(티) >= W-TS(Q), 그런 다음 읽기가 수행되고 R-TS(Q) 되고있다 MAX(R-TS(Q), TS(T)).

거래할 때 T 데이터 변경을 요청합니다 Q 두 가지 옵션이 있습니다.

면 TS(티) < R-TS(Q)즉, 더 젊은 트랜잭션이 데이터를 이미 읽었으므로 변경이 발생하면 충돌이 발생합니다. 거래 T 롤백됩니다.

면 TS(티) < W-TS(Q)즉, 트랜잭션이 새로운 값을 덮어쓰려고 하면 트랜잭션 T가 롤백됩니다. 다른 경우에는 변경이 수행되고 W-TS(Q) 동등해진다 TS(티).

비용이 많이 드는 대기 그래프 구성이 필요하지 않습니다. 오래된 트랜잭션은 최신 트랜잭션에 의존하므로 대기 그래프에는 주기가 없습니다. 트랜잭션이 대기되지 않고 즉시 롤백되므로 교착 상태가 발생하지 않습니다. 계단식 롤백이 가능합니다. 만약에 Ti 굴러갔고 Tj 내가 변경한 데이터를 읽었습니다. Ti, 그런 다음 Tj 롤백도 해야 합니다. 만약 동시에 Tj 이미 커밋된 경우에는 안정성 원칙을 위반하게 됩니다.

계단식 롤백에 대한 솔루션 중 하나입니다. 트랜잭션은 마지막에 모든 쓰기 작업을 완료하고 다른 트랜잭션은 해당 작업이 완료될 때까지 기다려야 합니다. 트랜잭션은 읽기 전에 커밋될 때까지 기다립니다.

토마스 쓰기 규칙 - 더 젊은 트랜잭션에 의해 업데이트된 데이터가 오래된 트랜잭션에 의해 덮어쓰여지는 것을 금지하는 타임스탬프 방법의 변형입니다.

거래 T 데이터 변경을 요청합니다 Q. 만약 TS(티) < W-TS(Q)즉, 트랜잭션이 새로운 값을 덮어쓰려고 시도하면 트랜잭션 T는 타임스탬프 방식처럼 롤백되지 않습니다.

출처 : habr.com