트랜잭션
트랜잭션의 개념
트랜잭션(transaction)은 작업 하나를 수행하는 데 필요한 데이터베이스의 연산들을 모아놓은 것으로, 데이터베이스에서 논리적인 작업의 단위가 된다. 따라서 데이터베이스에 장애가 발생했을 때 데이터를 복구하는 작업의 단위가 된다.
데이터베이스는 항상 모순이 없는 정확한 데이터를 유지해야 한다. 그리고 장애가 발생하더라도 빠른 시간 내에 원래 상태로 복구할 수 있어야 한다. 이를 위해 DBMS는 다양한 기능을 제공하는데, 그 중심에 트랜잭션이 있다.
트랜잭션을 관리함으로써 데이터베이스의 회복과 병행 제어가 가능하다.
예를 들어, 인터넷뱅킹을 통해 계좌이체 작업을 수행하기 위해선 2개의 데이터베이스 연산을 처리해야 한다. 즉 계좌이체 트랜잭션은 2개의 연산으로 구성할 수 있다. 인터넷 뱅킹으로 A가 B에게 5,000원을 이체할 때 이 작업을 수행하는 데 필요한 SQL 문들로 구성다.
계좌이체 트랜잭션엔 2개의 UPDATE 문으로 구성되어 있다. A 계좌에서 5,000원을 감소시키는 UPDATE 문이 필요하고, B 계좌로 5,000원을 입금하는 UPDATE 문이 필요하다. 두 UPDATE 문을 처리하는 순서는 중요하지 않지만 둘다 정상적으로 실행되어야 한다. 하나의 UPDATE 문도 실행되지 않으면 문제가 발생한다.
트랜잭션의 모든 명령문이 완벽하게 처리되거나 하나도 처리되지 않아야 데이터베이스가 모순 없이 상태를 유지할 수 있다. 그리고 트랜잭션은 데이터베이스에 장애가 발생했을 때 복구 작업을 수행하거나, 다수의 사용자가 동시에 사용할 수 있도록 제어 작업을 하는 데 중요한 단위로 사용된다.
데이터베이스의 무결성과 일관성을 보장하려면 작업을 수행하는 데 필요한 연산들을 하나의 트랜잭션으로 제대로 정의하고 관리해야 한다.
트랜잭션의 특성
트랜잭션이 성공적으로 처리되기 위해선 네 가지 특성을 꼭 만족해야 한다.
- 원자성(Atomicity) : 트랜잭션을 구성하는 연산들은 모두 실행되거나 하나도 실행되지 말아야 한다.
- 일관성(Consistency) : 트랜잭션이 수행된 후에도 데이터베이스가 일관된 상태를 유지해야 한다.
- 격리성(Isolation) : 현재 수행 중인 트랜잭션이 완료될 때까지 중간 연산 결과에 다른 트랜잭션들이 접근할 수 없다.
- 지속성(Durability) : 트랜잭션이 완료된 후 데이터베이스에 반영한 수행 결과는 손실되지 않고 영구적이어야 한다.
원자성 (atomicity)
만약 트랜잭션이 수행하다가 장애가 발생하여 완료하지 못했다면, 지금까지 실행한 연산 처리를 모두 취소하고 데이터베이스를 트랜잭션 작업 전의 상태로 되돌려 놓아 트랜잭션의 원자성을 보장해야 한다. 트랜잭션의 원자성을 보장하면 트랜잭션을 구성하는 연산 중 일부만 처리한 결과를 데이터베이스에 반영하는 일이 없게 된다.
일관성 (consistency)
트랜잭션이 수행되기 전의 데이터베이스 상태와 수행이 완료된 후 결과를 반영한 데이터베이스는 일관된 상태로 존재해야 한다. 트랜잭션이 수행되는 과정에서는 일시적으로 일관된 상태가 아닐 수 있지만 트랜잭션의 수행이 완료된 후에는 데이터베이스가 일관된 상태를 유지해야 한다.
A 계좌에서 B 계좌로 5,000원을 송금하면 A 계좌에선 - 5,000원이, B 계좌에선 + 5,000원으로 값 변동이 생긴다. 하지만 계좌 잔액의 함께는 여전히 동일하다. 트랜잭션 수행되기 전과 후의 데이터베이스가 모순되지 않고 일관성 있는 상태를 유지해야 한다.
격리성 (isolation)
일반적으로 데이터베이스 시스템에서는 여러 트랜잭션이 동시에 수행된다. 하지만 각 트랜잭션이 독립적으로 수행될 수 있도록 다른 트랜잭션의 중간 연산 결과를 서로 접근하지 못하게 한다.
만약 A 계좌에서 5,000원을 B 계좌로 송금하는 계좌이체 트랜잭션이 발생하는데, 동시에 B 계좌에 입금 트랜잭션을 발동되면 B 계좌의 잔액은 일관되지 못할 가능성이 크다.
이를 방지하기 위해선, 트랜잭션의 수행 과정에서 생성되는 중간 연산의 결과에 다른 트랜잭션이 접근할 수 없도록 하여 트랜잭션의 격리성을 보장해야 한다. 따라서 트랜잭션이 순서대로 하나씩 수행되는 것과 같은 결과를 얻을 수 있도록 제어하는 기능이 필요하다.
지속성 (durability)
시스템에 장애가 발생하더라도 트랜잭션 작업 결과는 없어지지 않고 데이터베이스에 그대로 남아 있어야 한다. 트랜잭션의 지속성을 보장하려면 시스템에 장애가 발생했을 때 데이터베이스를 원래 상태로 복구하는 회복 기능이 필요하다.
트랜잭션의 특성을 지원하는 DBMS의 기능
DBMS는 트랜잭션의 네 가지 특성을 보장하기 위한 지원 기능을 제공한다.
트랜잭션의 연산
트랜잭션의 수행과 관련한 주요 연산엔 두 가지가 있다.
- commit 연산 : 트랜잭션이 성공적으로 수행되었음을 선언 (작업 완료)
- rollback 연산 : 트랜잭션을 수행하는 데 실패했음을 선언 (작업 취소)
commit 연산이 실행되어야 트랜잭션의 수행 결과가 데이터베이스에 반영되어 데이터베이스가 일관된 상태를 지속적으로 유지하게 된다. 즉 트랜잭션을 구성하는 모든 연산이 정상적으로 처리되면 commit 연산의 실행을 통해 트랜잭션 수행이 성공적으로 완료되었음을 선언하고 수행한 최종 결과를 데이터베이스에 반영한다.
rollback은 트랜잭션의 수행이 실패했음을 선언하는 연산이다. rollback 연산이 실행되면 트랜잭션이 지금까지 실행한 연산의 결과가 취소되고 트랜잭션이 수행되기 전의 상태로 돌아간다.
트랜잭션이 수행되는 도중에 장애가 발생하여 일부 연산이 처리되지 못한 상황에서는 rollback 연산을 실행하여 트랜잭션의 수행이 실패했음을 선언한다. 그리고 데이터베이스를 트랜잭션 수행 전의 일관된 상태로 되돌려 모순이 발생하지 않게 한다.
트랜잭션의 상태
트랜잭션은 다섯 가지 상태 중 하나에 속한다.
활동 상태 (active)
트랜잭션이 수행되기 시작하여 현재 수행 중인 상태이다.
부분 완료 상태 (partially committed)
트랜잭션의 마지막 연산이 실행된 직후 상태이다. 즉 트랜잭션의 모든 연산을 처리한 상태다.
부분 완료 상태는 모든 연산의 처리가 끝났지만 수행된 최종 결과를 데이터베이스에 아직 반영하지 않은 상태다. 따라서 아직 트랜잭션의 수행이 성공적으로 완료됐다고 볼 수 없다.
완료 상태 (committed)
트랜잭션이 성공적으로 완료되어 commit 연산을 실행한 상태이다.
트랜잭션이 수행한 최종 결과를 데이터베이스에 반영하고, 데이터베이스가 새로운 일관된 상태가 되면서 트랜잭션이 종료된다.
실패 상태 (failed)
하드웨어나 소프트웨어의 문제, 트랜잭션의 내부 오류 등 이유로 인해 장애가 발생하여 트랜잭션의 수행이 중단된 상태이다.
철회 상태 (aborted)
트랜잭션을 수행하는 데 실패하여 rollback 연산을 실행한 상태이다.
트랜잭션이 철회 상태가 되면 지금까지 실행한 트랜잭션의 연산을 모두 최소하고 트랜잭션이 수행되기 전의 데이터베이스 상태로 되돌리면서 트랜잭션이 종료된다.
철회되어 종료된 트랜잭션은 외부 원인(하드웨어, 소프트웨어) 때문이라면 다시 시작되고, 트랜잭션 내부 논리적인 오류 때문이라면 폐기된다.
장애와 회복
트랜잭션의 특성을 보장하고, 데이터베이스의 모순 없는 상태로 유지하게 위해 DBMS는 회복 기능을 제공한다.
회복은 장애가 발생했을 때 데이터베이스를 장애가 발생하기 전의 일관된 상태로 복구시키는 것이다.
장애의 유형
ㅇ
병행 제어
ㅇ
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