[데이터베이스 설계] 의도적 잠금 모드 (Intention Lock Modes)

1. 의도적 잠금 모드 (Intention Lock Modes)

• 다중 입도(Multiple Granularity)에서의 잠금 모드
  
  • IS (Intention-Shared): 트리의 하위 레벨에서 공유 잠금(S-lock)을 명시적으로 설정할 것임을 의미
  • IX (Intention-Exclusive): 트리의 하위 레벨에서 배타 잠금(X-lock) 또는 공유 잠금(S-lock)을 명시적으로 설정할 것임을 의미
  • SIX (Shared and Intention-Exclusive): 현재 노드는 공유 모드로 잠그고, 하위 레벨에서는 배타 잠금(X-lock)을 수행할 것임을 의미 (S + IX 형태)

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2. 잠금 호환성 행렬 (Compatibility Matrix)

• 의도적 잠금 모드 간의 호환성은 다음과 같음

	IS	IX	S	SIX	X
IS	true	true	true	true	false
IX	true	true	false	false	false
S	true	false	true	false	false
SIX	true	false	false	false	false
X	false	false	false	false	false

• 참고: S와 IX는 호환되지 않음. S 잠금은 일관된 뷰를 보장해야 하는데, IX는 하위 노드 수정을 암시하므로 충돌 발생

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3. 다중 입도 잠금 예시

트랜잭션 T_21, T_22, T_23, T_24의 잠금 수행 예시

/* T21: 파일 Fa의 레코드 ra2를 읽음 */
Lock-IS(DB)
Lock-IS(Fa)
Lock-IS(A1)
Lock-S(ra2)

/* T22: 파일 Fa의 레코드 ra1을 수정 */
Lock-IX(DB)
Lock-IX(Fa)
Lock-IX(A1)
Lock-X(ra1)

/* T23: 파일 Fa의 모든 레코드를 읽음 */
Lock-IS(DB)
Lock-S(Fa)

/* T24: 전체 데이터베이스를 읽음 */
Lock-S(DB)

 

• 동시성: T_21, T_23, T_24는 동시 접근 가능하나, T_22는 T_23, T_24와 동시에 실행 불가

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4. 다중 입도 잠금 규약 (Rules)

• 호환성 행렬을 반드시 준수해야 함
• 트리의 루트(Root)부터 먼저 잠금
• 잠금 획득 조건:
  • 노드 Q에 S 또는 IS 잠금을 하려면, 부모 노드는 IX 또는 IS 상태여야 함
  • 노드 Q에 X, SIX, IX 잠금을 하려면, 부모 노드는 IX 또는 SIX 상태여야 함
• 잠금 해제 및 순서:
  • 자식 노드에 잠금이 없을 때만 해당 노드 잠금 해제 가능
  • 잠금 획득: Root → Leaf 순서 (위에서 아래로)
  • 잠금 해제: Leaf → Root 순서 (아래서 위로)

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5. 스냅샷 격리 (Snapshot Isolation)

• 개념:
  • 트랜잭션 시작 시점의 데이터베이스 스냅샷을 받아 작업 수행
  • 동시 실행되는 다른 트랜잭션과 완전히 격리됨
  • 업데이트 반영은 원자적(Atomic)으로 수행됨
• 검증 방식:
  • First Committer Wins: 먼저 커밋한 트랜잭션이 우선권을 가짐. 동시 실행 중인 다른 트랜잭션이 이미 데이터를 업데이트했다면 현재 트랜잭션은 중단(Abort)

• First Updater Wins (Oracle 방식): 업데이트 시도 시 쓰기 잠금(Write lock)을 요청. 이미 잠금이 있다면 대기, 락을 획득한 트랜잭션이 커밋/롤백 될 때까지 기다림

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6. 스냅샷 격리의 이점과 이상 현상

• 이점:
  • 읽기 작업이 차단되지 않음 (Never blocked)
  • Read Committed 수준의 성능 제공
  • Dirty Read, Lost Update, Non-repeatable Read 방지
• 이상 현상 (Write Skew):
  • 직렬성(Serializability)이 항상 보장되지 않음
  • 두 트랜잭션이 서로 다른 데이터를 읽고 수정할 때 데이터 무결성 제약 조건이 위배될 수 있음

/* Write Skew 예시: A + B >= 0 제약조건 유지 가정 */
초기값: A = 100, B = 100

T1: Read(A), Read(B) -> B에서 200 차감 결정 (A+B=0 유지) -> Write(B)
T2: Read(A), Read(B) -> A에서 200 차감 결정 (A+B=0 유지) -> Write(A)

결과: T1, T2 모두 커밋 성공하지만 A + B = -200이 되어 제약조건 위반

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7. 직렬화 스냅샷 격리 (SSI) 및 구현

• Serializable Snapshot Isolation (SSI):
  • 스냅샷 격리의 확장판으로 직렬성(Serializability)을 보장
  • 기존 SI는 Write-Write 충돌만 감지하지만, SSI는 Read-Write 충돌도 추적
  • 사이클이 발생할 수 있는 트랜잭션을 감지하여 롤백
  • PostgreSQL 9.1 이상에서 구현됨
• 구현 현황:
  • Oracle, PostgreSQL, SQL Server 등에서 지원
  • 주의: Oracle은 격리 수준을 'Serializable'로 설정하더라도 실제로는 스냅샷 격리(Snapshot Isolation)로 동작하며 진정한 직렬성을 보장하지 않음 (초기 PostgreSQL도 동일)