스냅샷 격리

3. 동작 원리

스냅샷 격리 하에서 실행되는 트랜잭션은 트랜잭션 시작 시점에 생성된 데이터베이스의 개인적인 '스냅샷'에서 작동하는 것처럼 보인다. 트랜잭션이 완료될 때, 트랜잭션에 의해 업데이트된 값이 스냅샷이 생성된 이후 외부에서 변경되지 않은 경우에만 성공적으로 커밋된다. 이러한 쓰기-쓰기 충돌은 트랜잭션이 중단되도록 한다.

쓰기 왜곡 이상 현상에서 두 개의 트랜잭션(T1 및 T2)은 중복되는 데이터 세트(예: 값 V1 및 V2)를 동시에 읽고, 동시에 분리된 업데이트를 수행하며(예: T1은 V1을 업데이트하고 T2는 V2를 업데이트), 마지막으로 동시에 커밋되며, 서로 수행한 업데이트를 보지 못한다. 시스템이 직렬화 가능하다면 T1 또는 T2 중 하나가 "먼저" 발생하여 다른 트랜잭션에 보여야 하므로 이러한 이상 현상은 불가능하다. 반대로, 스냅샷 격리는 쓰기 왜곡 이상 현상을 허용한다.

구체적인 예시로, V1과 V2가 필이라는 한 사람이 보유한 두 개의 잔고라고 상상해 보자. 은행은 V1 또는 V2 중 하나가 적자를 허용하지만, 두 잔고의 총합은 음수가 아니어야 한다(즉, V1 + V2 ≥ 0). 두 잔고 모두 현재 100USD이다. 필은 두 개의 트랜잭션을 동시에 시작한다. T1은 V1에서 200USD를 인출하고, T2는 V2에서 200USD를 인출한다.

데이터베이스가 직렬화 가능한 트랜잭션을 보장한다면, T1을 코딩하는 가장 간단한 방법은 V1에서 200USD를 공제한 다음 V1 + V2 ≥ 0이 여전히 유효한지 확인하고, 그렇지 않으면 중단하는 것이다. T2는 유사하게 V2에서 200USD를 공제한 다음 V1 + V2 ≥ 0을 확인한다. 트랜잭션은 직렬화되어야 하므로 T1이 먼저 발생하여 V1 = −100USD, V2 = 100USD가 되고 T2가 성공하지 못하게 되거나(V1 + (V2 − 200USD)가 이제 −200USD이므로), T2가 먼저 발생하여 T1이 커밋되지 못하게 된다.

하지만 데이터베이스가 스냅샷 격리(다중 버전 동시성 제어)를 사용하는 경우, T1과 T2는 데이터베이스의 개인 스냅샷에서 작동한다. 각 트랜잭션은 계정에서 200USD를 공제한 다음, 스냅샷이 생성되었을 때의 다른 계정 값을 사용하여 새로운 총액이 0인지 확인한다. "업데이트" 충돌이 없으므로 두 트랜잭션 모두 성공적으로 커밋되어 V1 = V2 = −100USD, V1 + V2 = −200USD가 된다.

다중 버전 동시성 제어(MVCC)를 사용하여 구축된 일부 시스템은 트랜잭션이 동시 작업에 대해 걱정하지 않고, 더 중요하게는 트랜잭션이 최종적으로 커밋될 때 모든 읽기 작업을 다시 확인할 필요 없이 진행할 수 있도록 (단지) 스냅샷 격리만 지원할 수 있다. MVCC는 일련의 최근 기록 일관성 상태를 유지하기 때문에 편리하다. 트랜잭션 중에 저장해야 하는 유일한 정보는 수행된 업데이트 목록이며, 이는 커밋되기 전에 충돌을 위해 쉽게 검사할 수 있다. 그러나 MVCC 시스템(예: MarkLogic)은 일부 성능 향상을 얻고 더 강력한 "직렬화 가능성" 수준의 격리를 지원하기 위해 MVCC와 함께 잠금을 사용하여 쓰기를 직렬화한다.

4. 해결 방법 (Workarounds)

직렬성 속성을 적용하기 위해 트랜잭션에 (그렇지 않으면 불필요한) 업데이트를 추가하여 쓰기 왜곡 이상 현상으로 인해 발생할 수 있는 잠재적인 불일치 문제를 해결할 수 있다.^[4][5][6][7]

해결 방법으로는 충돌 구체화, 승격 등이 있다. 자세한 내용은 하위 섹션을 참고하면 된다.

스냅샷 격리는 사소하지 않은 제약 조건을 유지하는 문제의 일부를 사용자에게 넘기며, 사용자는 잠재적인 위험이나 가능한 솔루션을 제대로 인식하지 못할 수 있다는 단점이 있다.

4. 1. 충돌 구체화 (Materializing Conflicts)

4. 2. 승격 (Promotion)

5. 용어 (Terminology)

오라클(Oracle)^[8][9][10] 및 9.1 이전 버전의 PostgreSQL^[11][12][13]에서 "직렬화 가능" 모드로 불리며, 이는 "진정한 직렬화 가능성" 모드와 혼동을 일으킬 수 있다. 이러한 결정에 찬반 양론이 있으며, 분명한 것은 사용자가 데이터베이스 시스템 로직에서 원치 않는 이상 동작을 피하기 위해 이러한 구분을 인지해야 한다는 것이다.

6. 역사 (History)

다중 버전 동시성 제어 데이터베이스에 대한 연구에서 스냅샷 격리가 시작되었으며, 여기서 여러 버전의 데이터베이스를 동시에 유지하여 읽기 작업이 쓰기 작업과 충돌 없이 실행될 수 있도록 하였다. 이러한 시스템은 이러한 격리 수준의 자연스러운 정의와 구현을 허용한다.^[3] 인터베이스(InterBase)는 버전 4에서 완전한 직렬 가능성이 아닌 SI를 제공하는 것으로 인정되었으며,^[3] 1985년 첫 출시 이후 쓰기 왜곡 이상 현상을 허용했을 가능성이 높다.^[14]

2008년 Cahill 외는 동시 트랜잭션의 "위험한" 삼중 항을 감지하고 중단함으로써 쓰기 왜곡 이상 현상을 방지할 수 있음을 보여주었다.^[15] 이 직렬 가능성 구현은 다중 버전 동시성 제어 데이터베이스에 적합하며, PostgreSQL 9.1^[12][13][16]에서 채택되었으며, 여기서 직렬 가능 스냅샷 격리(SSI)라고 한다.

참조

_[1] 웹사이트 MySQL :: MySQL 8.0 Reference Manual :: 15.5.2.3 Consistent Nonlocking Reads https://dev.mysql.co[...] 2018-08-27
_[2] 뉴스 MongoDB CTO: How our new WiredTiger storage engine will earn its stripes https://www.zdnet.co[...] Multiversion concurrency control in MongoDB
_[3] 간행물 Proceedings of the 1995 ACM SIGMOD international Conference on Management of Data
_[4] 저널 Making Snapshot Isolation Serializable
_[5] 논문 Serializable isolation for snapshot databases http://portal.acm.or[...] Proceedings of the 2008 ACM SIGMOD international conference on Management of data 2008
_[6] 논문 Serializable isolation for snapshot databases http://portal.acm.or[...] Proceedings of the 2008 ACM SIGMOD international conference on Management of data 2008
_[7] 문서 Snapshot Isolation and Serializable Execution http://www.it.usyd.e[...] The university of Sydney (Australia) 2009
_[8] 웹사이트 Oracle Database Concepts 10g Release 1 (10.1) Chapter 13 : Data Concurrency and Consistency — Oracle Isolation Levels http://docs.oracle.c[...]
_[9] 웹사이트 Ask Tom : On Transaction Isolation Levels http://asktom.oracle[...]
_[10] 웹사이트 Ask Tom : "Serializable Transaction" http://asktom.oracle[...]
_[11] 웹사이트 PostgreSQL 9.0 Documentation: 13.2.2.1. Serializable Isolation versus True Serializability http://www.postgresq[...]
_[12] 웹사이트 PostgreSQL 9.1 press release http://www.postgresq[...]
_[13] 웹사이트 PostgreSQL 9.1.14 Documentation: 13.2.3. Serializable Isolation Level http://www.postgresq[...]
_[14] 웹사이트 Multiversion Concurrency Control Before InterBase https://web.archive.[...] 2014-10-30
_[15] 논문 Serializable isolation for snapshot databases http://portal.acm.or[...] Proceedings of the 2008 ACM SIGMOD international conference on Management of data 2008
_[16] 저널 Serializable Snapshot Isolation in PostgreSQL http://drkp.net/drkp[...]
_[17] 웹사이트 Oracle Database Concepts 10g Release 1 (10.1) Chapter 13 : Data Concurrency and Consistency — Oracle Isolation Levels http://docs.oracle.c[...]
_[18] 웹사이트 Ask Tom : On Transaction Isolation Levels http://asktom.oracle[...]
_[19] 웹사이트 Ask Tom : "Serializable Transaction" http://asktom.oracle[...]
_[20] 웹사이트 PostgreSQL 9.0 Documentation: 13.2.2.1. Serializable Isolation versus True Serializability http://www.postgresq[...]
_[21] 웹사이트 PostgreSQL 9.1 press release http://www.postgresq[...]
_[22] 웹사이트 PostgreSQL 9.1.14 Documentation: 13.2.3. Serializable Isolation Level http://www.postgresq[...]
_[23] 웹인용 MySQL :: MySQL 8.0 Reference Manual :: 15.5.2.3 Consistent Nonlocking Reads https://dev.mysql.co[...] 2018-08-27
_[24] 뉴스 MongoDB CTO: How our new WiredTiger storage engine will earn its stripes https://www.zdnet.co[...] Multiversion concurrency control in MongoDB
_[25] 인용 Proceedings of the 1995 ACM SIGMOD international Conference on Management of Data