DB Lock 기초

1) DB Lock 기초

 

(1) Lock이란

Lock이란 데이터베이스에서 동시성과 데이터 일관성을 보장하기 위해 사용되는 메커니즘이다.

• 예를 들어, 여러 사용자(트랜잭션)들이 동시에 같은 데이터에 접근하려고 할 때, 데이터베이스는 Lock을 사용하여 해당 데이터를 사용하고 있는 사용자(트랜잭션)와 다른 사용자(트랜잭션)들 간의 접근을 제어하여 충돌을 방지한다.

 

• 참고로 DBMS마다 Lock을 구현하는 방식과 세부적인 방법은 각각 다르므로 DBMS를 효과적으로 이용하기 위해서 해당 DB의 Document 문서를 정독하도록 하자!

 

(2) Lock의 설정 범위

 

(2-1) 데이터 베이스

• 데이터베이스 범위의 Lock은 전체 데이터베이스를 기준으로 Lock 하는 것이며, 즉 1개의 세션만이 DB의 데이터에 접근이 가능하다는 것이다.

 

• 해당 기능은 일반적으로 사용되지는 않으며 사용하는 때가 있다면 DB의 소프트웨어 버전을 올린다던지 주요한 DB의 업데이트에 사용한다.

 

(2-2) 파일

• 데이터베이스 파일을 기준으로 Lock을 설정하며 파일이란 테이블, Row 등과 같은 실제 데이터가 Write 되여지는 물리적인 저장소이며, 해당 범위의 Lock은 잘 사용되지 않는다.

 

(2-3) 테이블

• 테이블 수준의 Lock은 테이블을 기준으로 Lock을 설정하며, 이는 테이블의 모든 행을 업데이트 하는 등의 전체 테이블에 영향을 주는 변경을 수행할 때 유용하다.

 

• 즉, DDL (CREATE, ALTER, DROP) 구문과 함께 사용되며 “DDL Lock” 이라고 부르기도 한다.

 

(2-4) 페이지와 블록

• 파일의 일부인 페이지와 블록을 기준으로 Lock을 설정하며, 잘 사용되지는 않는다.

 

(2-5) 컬럼 (Column)

• 테이블의 컬럼을 기준으로 Lock을 설정하는 방식으로, 이 형식은 Lock 설정 및 해제의 리소스가 많이 들기 때문에 일반적으로 사용되지는 않으며 지원하는 DBMS 또한 많지 않다.

 

(2-6) 행 (Row)

• 1개의 행(Row)을 기준으로 Lock을 설정하는 방식으로, DML에 대한 Lock으로서 가장 일반적으로 사용하는 Lock 이다.

 

(3) Lock의 종류

• Lock의 종류에는 크게 공유 락 (Shared Lock)과 베타 락 (Exclusive Lock)이 있으며, 공유 락은 다른 말로 Read Lock 이라고 불리며 베타 락은 Write Lock 이라고 불린다.

 

• 참고로 위에서도 말했다시피 DBMS마다 사용되어지는 Lock은 구현 방식도 종류도 다를 수 있으므로 여기서는 대부분의 RDBMS에서 다뤄지는 공유 락과 베타 락에 대해서만 다룬다.

 

(3-1) 공유 락 (Shared Lock)

공유 락은 데이터를 변경하지 않는 읽기 명령에 대해 주어지는 락으로서 Read Lock이라고도 불리며 Shared의 앞 글자를 따서 주로 S로 표기한다.

• 여러 사용자가 동시에 데이터를 읽어도 데이터 일관성에는 아무런 영향을 끼치지 못하기 때문에 공유 락끼리는 동시에 접근이 가능하다.

 

• 하지만 공유 락이 설정된 데이터에 베타 락을 사용할 수는 없다.

 

(3-2) 베타 락 (Exclusive Lock)

베타 락은 데이터에 변경을 가하는 명령들에 대해 주어지는 락으로 Write Lock으로 불리며, X로 표기한다.

• 베타 락은 이름 그대로 Lock이 해제될 때까지 다른 트랜잭션에서 해당 자원에 대한 접근 (Select, Insert, Delete, Update) 하는 것을 막는다.

 

• 이러한 점에서 베타 락은 멀티 쓰레딩 환경에서 임계 영역을 안전하게 관리하기 위해 활용되는 세마포어, 뮤텍스와 유사하다고 볼 수 있다.

 

• 그리고 베타 락은 트랜잭션이 완료될 때까지 유지되고 또한, 공유 락과 달리 다른 트랜잭션이 수행하고 있는 데이터에 대해 접근하여 함께 Lock을 설정할 수 없다.

 

(4) 블로킹 (Blocking) & 교착 상태 (DeadLock)

 

(4-1) 블로킹 (Blocking)

블로킹은 Lock 간 (베타-베타, 베타-공유)의 경합이 발생하여 특정 트랜잭션이 작업을 진행하지 못하고 멈춰선 상태를 말한다.

• 위에서 설명했다싶이, 공유 락 끼리는 블로킹이 발생하지 않지만 베타 락은 블로킹을 발생시키므로 블로킹을 해소하기 위해서는 이전의 트랜잭션이 완료 (commit 또는 rollback) 되어야 한다.

 

• 이후에 들어온 트랜잭션은 이전 트랜잭션이 마무리되어야 이후 진행이 가능하기 때문에 이러한 경합은 성능에 좋지 않은 영향을 미치므로 경합을 최소화 할 필요가 있다.

 

[참고] 데이터베이스 시스템을 사용하는 시스템에서의 주의 사항

① 한 트랜잭션의 길이(시간)를 너무 길게 하는 것은 위에서 말한 것처럼 경합의 확률을 올리게 되므로 설계할 때, 같은 데이터를 갱신하는 트랜잭션이 동시에 수행되지 않도록 해야 한다.

 

② 트랜잭션 격리성 수준을 불필요하게 상향 조정하지 않도록 해야 하는데, 이는 데이터 일관성을 향상시키지만 반대로 동시성이 떨어져 블로킹 상태가 다수 발생할 수 있다.

 

③ Query를 오랜시간 잡아두지 않도록 시스템 환경에 맞추어 DB에서의 적절한 튜닝을 진행하도록 한다.
    (ex. Lock 대기 시간, 버퍼 크기, 커넥션 풀)

 

(4-2) 교착 상태 (DeadLock)

교착 상태는 두 트랜잭션이 각각 Lock을 설정하고 다음 서로의 Lock에 접근하여 값을 얻고자 할 때, 이미 각각의 트랜잭션에 의해 Lock이 설정되어 있기 때문에 양쪽 트랜잭션 모두 영원히 처리가 되지않게 되는 상태를 말한다.

• 위의 그림처럼 트랜잭션 A는 game_master 테이블에 베타 락을 설정하였고 트랜잭션 B는 game_detail 테이블에 베타 락을 설정하였다.

 

• 이후에 트랜잭션 A는 game_detail 테이블에 트랜잭션 B는 game_master 테이블에 락을 설정하려고 시도하나 이미 각각의 테이블은 서로 다른 트랜잭션에 의해 베타 락이 설정되어 있기 때문에 트랜잭션 A, B는 Lock이 해제되기를 서로 기다리는 상태가 된다.

 

• 하지만 이 Lock은 풀리지 않을 서로의 트랜잭션을 기다리므로 영원히 풀리지 않는 데드락 상태가 되어버린다.

 

• 따라서, 교착 상태가 발생하면 DBMS에서는 둘 중 한 트랜잭션에 에러를 발생시킴으로써 데드락 문제를 해결하며 교착 상태가 발생할 가능성을 줄이기 위해서는 접근 순서를 동일하게 하는 것이 중요하다.

 

• 즉, 위의 예제를 예로 든다면 game_master 테이블을 업데이트 한 후에 game_detail 테이블을 업데이트 한다와 같은 규칙을 통해 테이블 접근의 교차가 일어나지 않도록 함으로써 교착 상태를 예방하는 것이다.

 

[Reference]

• https://sabarada.tistory.com/121
• https://sewonzzang.tistory.com/m/76

[database] Lock

[데이터베이스] Lock에 대해서 알아보자 - 기본편