[DB] 트랜잭션, REDO와 UNDO 개념

트랜잭션이란?

데이터베이스 트랜잭션(Database Transaction)은 데이터베이스 관리 시스템 또는 유사한 시스템에서 상호작용의 단위입니다. 여기서 유사한 시스템이란 트랜잭션이 성공과 실패가 분명하고 상호 독립적이며, 일관되고 믿을 수 있는 시스템을 의미합니다.

이론적으로 데이터베이스 시스템은 각각의 트랜잭션에 대해 원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 고립성(Isolation), 영구성(Durability)을 보장합니다. 이 성질을 첫글자를 따 ACID라 부릅니다. 그러나, 실제로는 성능향상을 위해 이런 특성들이 종종 완화되곤 합니다.

다시말해서 트랜잭션은 데이터베이스 내에서 한꺼번에 수행되어야 할 일련의 연산들입니다. 간단하게 말해서 전부 성공하거나 전부 실패되거나 둘 중 하나의 작업을 수행합니다. 트랙잭션의 모든 연산은 반드시 한꺼번에 완료가 되야 하며 그렇지 않은 경우에는 한꺼번에 취소되어야 하는 원자성을 가지고 있습니다.

한꺼번에 완료가 된 경우에는 COMMIT을 호출해 작업결과를 데이터베이스에 반영 됩니다. 취소가 되거나 문제가 발생한 경우에는 ROLLBACK을 호출하고 작업결과를 모두 취소하여 데이터베이스에 영향을 미치지 않게 됩니다. 

트랜잭션 성질

트랜잭션이 진행되기 전과 완료된 후에 상태를 볼 수 있지만 트랜잭션이 진행되는 중간 데이터는 볼수 없습니다. 

1. 원자성(Atomicity)

분리 할수 없는 하나의 단위로 작업은 모두 완료되거나 모두 취소 되어야 합니다.

예로 이체 과정 중에 트랜잭션이 실패하게 되어 예금이 사라지는 경우가 발생해서는 안 되기 때문에 DBMS는 완료되지 않은 트랜잭션의 중간 상태를 데이터베이스에 반영해서는 안 됩니다. 즉, 트랜잭션의 모든 연산들이 정상적으로 수행 완료되거나 아니면 전혀 어떠한 연산도 수행되지 않은 상태를 보장해야 합니다. atomicity는 쉽게 'all or nothing' 특성으로 설명된다

2. 일관성(Consistency)

사용되는 모든 데이터는 일관되어야 합니다.

고립된 트랜잭션의 수행이 데이터베이스의 일관성을 보존해야 합니다. 즉, 성공적으로 수행된 트랜잭션은 정당한 데이터들만을 데이터베이스에 반영해야 합니다. 트랜잭션의 수행을 데이터베이스 상태 간의 전이(transition)로 봤을 때, 트랜잭션 수행 전후의 데이터베이스 상태는 각각 일관성이 보장되는 서로 다른 상태가 됩니다. 트랜잭션 수행이 보존해야 할 일관성은 기본 키, 외래 키 제약과 같은 명시적인 무결성 제약 조건들 뿐만 아니라, 자금 이체 예에서 두 계좌 잔고의 합은 이체 전후가 같아야 한다는 사항과 같은 비명시적인 일관성 조건들도 있습니다.

3. 격리성(Isolation)

접근하고 있는 데이터는 다른 트랜잭션으로 부터 격리 되어야 합니다.

여러 트랜잭션이 동시에 수행되더라도 각각의 트랜잭션은 다른 트랜잭션의 수행에 영향을 받지 않고 독립적으로 수행되어야 합니다. 즉, 한 트랜잭션의 중간 결과가 다른 트랜잭션에게는 숨겨져야 한다는 의미인데, 이러한 isolation 성질이 보장되지 않으면 트랜잭션이 원래 상태로 되돌아갈 수 없게 됩니다. Isolation 성질을 보장할 수 있는 가장 쉬운 방법은 모든 트랜잭션을 순차적으로 수행하는 것입니다. 하지만 병렬적 수행의 장점을 얻기 위해서 DBMS는 병렬적으로 수행하면서도 일렬(serial) 수행과 같은 결과를 보장할 수 있는 방식을 제공하고 있습니다.

4. 영속성(Durability)

트랙잭션이 정상 종료되면 그 결과는 시스템에 영구적으로 적용되어야 합니다.

트랜잭션이 성공적으로 완료되어 COMMIT되고 나면, 해당 트랜잭션에 의한 모든 변경은 향후에 어떤 소프트웨어나 하드웨어 장애가 발생되더라도 보존되어야 합니다.

5. 순차성(Sequentiality)

데이터를 다시 로드하고 트랜잭션을 재생하여 원래 트랜잭션이 수행된 후의 상태로 데이터를 되돌리는 것을 말합니다.

UNDO, REDO

REDO는 "다시 하다."라는 뜻을 가지고 UNDO는  "원상태로 돌리다" 라는 뜻을 가지고 있습니다. 즉 REDO는 무언가를 다시 하는 것이고 UNDO는 무언가를 되돌리는 것입니다.

REDO는 기본적으로 복구의 역할을 합니다. 오라클 서버에 무슨 작업을 하든지 모두 REDO에 기록이 됩니다. (UNDO 포함)

UNDO는 작업 롤백과, 읽기 일관성, 복구를 합니다.

REDO와UNDO의 공통점은 복구를 한다는 것입니다.

하지만 둘의 복구 방법은 차이가 있습니다.

REDO는 복구를 할때 사용자가 했던 작업을 그대로 다시 하지만 UNDO는 사용자가 했던 작업을 반대로 진행합니다. 즉 사용자의 작업을 원상태로 돌립니다.

예를 들어 아래와 같은 작업을 했을때 세션이 비정상 종료 되었다고 가정합니다.

update t1 set no = no + 1 where id = 1;

세션이 복구 되는 과정에서 아래의 작업을 진행합니다.

update t1 set no = no + 1 where id = 1;

 하지만 만일 세션이 비정상 종료가 되기전 COMMIT을 하지 않았다면 UNDO를 이용하여 아래와 같은 작업을 이어서 하게됩니다.

update t1 set no = no - 1 where id = 1;

복구는 UNDO 를 통해서 복구를 하게 됩니다. 즉, ROLLBACK을 한다는 말입니다. 시스템 장애가 발생하게 되면 UNDO 데이터도 모두 날아갑니다. 결국 시스템 장애시 REDO 데이터를 이용해서 마지막 CHECK POINT부터 장애까지의 DB BUFFER CACHE 를 복구하게 됩니다. 이게 완료가 되면 UNDO를 이용하여 COMMIT되지 않은 데이터를 모두 ROLLBACK 함으로써 복구를 완료하게 됩니다. 결국 REDO가 UNDO를 복구하고 최종적으로 UNDO가 복구를 하게 됩니다. 

참고로 UNDO 데이터는 아래와 같이 기록 됩니다. 

INSERT 시, insert 된 로우의 rowid 기록
UPDATE 시, 바뀐 컬럼의 바뀌기 전 값 기록
DELETE 시, 지워진 모든 데이터 기록