[데이터베이스] 트랜잭션 - 장애와 회복, 로그 회복 기법

DB - 디스크와 메인 메모리

• 일반적으로 데이터베이스의 데이터는 디스크에 상주한다.
• 그래서 트랜잭션이 데이터베이스의 데이터를 처리하기 위해서는 데이터를 디스크에서 메인 메모리로 가져와서 연산을 진행한 다음 그 결과를 디스크로 보내는 작업이 필요하다.

관계도

• 디스크에서 메모리로 데이터를 읽어들이는 input() 연산의 경우, 연산을 뒤로 미루지 않는다. 예를 들어 우리가 SELECT 문으로 디스크에 있는 데이터를 조회해야 할 때, output() 연산처럼 이를 미루지 않고 바로 읽어들인다는 것(On-demand)이다.
• 단, 메모리에서 디스크로 데이터를 저장하는 output() 연산의 경우, 그 즉시 일어나지 않고 DBMS의 버퍼 관리자(Buffer Manager)가 처리한다.

 

DB 장애

DB 장애 예시

• 모순의 이유로 DB에서 장애가 발생할 수 있다. 위 예시에서  트랜잭션 실행 시 장애가 발생할 수도 있다.
• 만약 데이터 A에 대해서 output() 연산이 완료되고, B도 output()을 진행하려는 사이에 장애가 발생하여 작업이 완료되지 못하면, 디스크의 데이터와 메모리의 데이터 값이 일치하지 않을 것이다. 즉, inconsistency가 발생하는 것이다.

 

DB 회복

DB 회복을 위해 RAID 방식으로 이중 저장

• 장애가 발생했을 때 DB를 이전의 상태로 복구시킬 수 있다.
• 회복의 기본 원리는 중복(redundancy)이다. 회복에서는 덤프 방법이나 로그 데이터를 이용하는데, 후자는 데이터베이스에서 변경 연산이 실행될 때마다 데이터를 변경하기 이전 값과 변경된 값을 별도의 파일에 기록하는 방법이다.
• 위 그림처럼 로그 데이터를 저장하는 별도의 파일이 있기 때문에, 이를 기반으로 DB를 recovery하게 된다.
• 회복에는 redo(재실행) 연산과 undo(취소)연산이 있다. undo는 말 그대로 예전 상태로 그냥 연산을 싹 다 취소해서 복구하는 거고, redo는 최근에 저장한 DB 복사본을 가져온 후, 로그를 이용하여 모든 연산을 재실행하여 복구하는 것.
• 로그 회복 기법을 본격적으로 살펴보겠다.

 

로그 파일

• 로그 파일은 데이터를 변경하기 이전의 값과, 변경한 이후의 값을 기록한 파일이다.
• 레코드 단위로 트랜잭션 수행과 동시에 기록된다.

트랜잭션과 로그 레코드

• 로그 레코드는 <트랜잭션 id, 명령>으로 보통 구성되는데, 위 그림에서는 start로 트랜잭션 1번이 시작되었다는 것과 commit으로 완료되었다는 것. 그리고 X, Y 변수의 변경 값, 이전 값이 동시에 기록되고 있다.
• DB 로그 파일은 새로운 dump가 완료되었을 때, 상황에 따라 이전 로그 파일을 삭제하면 된다.

 

로그 회복 기법 - 지연 갱신

지연 갱신 회복 방법 예시

• 트랜잭션이 '부분 완료' 상태가 될 때까지는 output()연산을 지연하는 방법이다.
• 즉, 우리가 통상적으로 트랜잭션이 완료되었다고 여길 때까지 DB를 갱신하지 않는 것이다.
• 트랜잭션 내 연산이 진행되는 '활동' 상태에는 변경 결과를 로그 파일에만 기록한다.
• <Ti, commit>를 포함하는 로그 레코드를 로그 파일에 기록한 뒤, DB를 갱신하고 "완료"상태로 간다.
• 만약 트랜잭션 수행시 장애가 발생해도 DB는 undo 연산을 할 필요가 없다. 로그 내용만 무시하고 버리면 된다. 지연 갱신 방법을 이용했기 때문에 트랜잭션을 수행할 때 DB에 있는 레코드 값이 변경되지 않았기 때문이다.
• 트랜잭션이 모두 수행되고 commit이 된 상태에서 장애가 발생한다면, 로그 내용을 redo해서 DB를 갱신을 시도한다.
• undo가 아니라 redo 연산을 해야 하는 이유는 output() 연산이 됐는지 안됐는지 확실하게 모르기 때문이다. 트랜잭션이 commit 됐어도 DB에 값을 갱신하는 output()은 연산은 언제 될지 모르기 때문에 redo를 해야 한다.
• 지연 갱신 기법에는 로그 데이터에 예전 데이터 값이 필요 없다. undo를 안하기 때문에, 예전 상태가 필요 없다.

 

로그 회복 기법 - 즉시 갱신

• 트랜잭션 '진행' 상태 중 변경 연산의 결과를 DB에 그대로 반영한다.
• 변경 내용을 로그 파일에 기록한 후, 해당 output() 연산을 즉시 요청한다.
• 즉, write() 연산을 하는 즉시 output() 연산을 요청한다. ( 물론 즉시 output()이 실행되는지는 알 수 없다. )
• 그래서 output() 요청이 commit()이 완료되기 전에 진행될 수도 있기 때문에, 트랜잭션 수행 중 장애가 발생할 경우 안전한 회복을 위하여 undo 연산을 할 수도 있다. 물론 장애 발생 시점에 따라 redo를 실행할 수 있다.

redo, undo 연산 경우의 수

• DBMS는 즉시 갱신 기법과 지연 갱신 기법 중 하나를 사용하게 된다.

 

검사 시점 회복

• 체크포인트를 만들어서, 체크포인트 이전까지 진행한 작업 사항에 대하여 다음의 작업들을 수행한다.
• 1) 메인 메모리(로그 버퍼)에 있는 모든 로그 레코드를 디스크에 있는 로그 파일에 기록한다.
• 2) 메인 메모리(DB 버퍼)에 있는 모든 변경 연산의 결과를 디스크에 있는 DB에 반영한다.
• 3) 검사 시점을 표현하는 <checkpoint L> 로그 레코드를 로그 파일에 기록한다.
• 단, 언제나 로그가 먼저 내려간다!
• 장애 발생 시 검사 시점 이후의 트랜잭션에만 회복 작업을 수행한다. redo에서 유용하다.
• 작업 범위가 한정되어 회복 작업 시간이 단축될 수 있다.