관계형 데이터베이스에서 MVCC가 작동하는 방식

다중 버전 동시성 제어(MVCC) 소개

최신 데이터베이스 시스템에서는 여러 트랜잭션이 동시에 발생하는 환경에서 데이터 일관성과 성능을 보장하기 위해 동시성이 중요합니다. 관계형 데이터베이스 에서 동시성을 관리하는 효율적인 기술 중 하나는 MVCC(Multiversion Concurrency Control)입니다. 이 접근 방식은 별도의 레코드 버전을 유지하므로 독자가 진행 중인 쓰기 작업으로 인해 차단되지 않고 일관된 데이터베이스 스냅샷에 액세스할 수 있습니다.

MVCC는 명시적인 잠금 없이 여러 버전의 레코드를 생성하여 충돌을 해결하므로 잠금 경합을 줄이고 성능을 향상시킵니다. 이는 데이터가 자주 수정되는 트랜잭션이 많고 동시성이 높은 환경에서 특히 중요합니다. MVCC는 다른 동시 트랜잭션 보기에 영향을 주지 않고 트랜잭션이 트랜잭션 당시 유효한 레코드 버전에만 액세스할 수 있도록 하여 데이터베이스 일관성을 보장합니다.

MVCC 워크플로: 레코드 생성, 업데이트 및 삭제

MVCC가 어떻게 작동하는지에 대한 이해를 돕기 위해 동시성 제어 기술을 구현하는 시스템에서 레코드를 생성, 업데이트, 삭제하는 과정을 살펴보겠습니다.

1. 레코드 생성 : 새 레코드가 데이터베이스에 삽입되면 MVCC는 해당 레코드에 고유한 트랜잭션 ID를 할당합니다. 이 ID는 수명 주기 전반에 걸쳐 레코드 버전을 추적하는 데 사용됩니다.
2. 레코드 업데이트 : 레코드 업데이트의 경우 MVCC는 서로 다른 트랜잭션이 충돌 없이 동일한 레코드를 수정할 수 있도록 보장합니다. 트랜잭션이 레코드 업데이트를 시도하면 데이터베이스 시스템은 새 버전의 레코드를 생성하고 여기에 트랜잭션 ID를 할당합니다. 기록의 원본 버전은 그대로 유지되므로 다른 거래가 해당 버전에 액세스할 수 있습니다. 새 버전의 레코드는 업데이트하는 트랜잭션과 이 트랜잭션이 완료된 후 시작되는 모든 향후 트랜잭션에만 유효합니다.
3. 레코드 삭제 : 트랜잭션이 레코드를 삭제할 때 MVCC는 데이터베이스에서 해당 레코드를 직접 제거하지 않습니다. 대신, 다른 트랜잭션이 액세스할 수 있도록 이전 레코드 버전을 유지하면서 해당 레코드를 삭제된 것으로 표시합니다(트랜잭션의 ID를 삭제 표시로 할당하여). 모든 활성 트랜잭션이 더 이상 삭제된 레코드에 액세스할 필요가 없으면 MVCC 시스템은 가비지를 수집하고 데이터베이스에서 레코드를 영구적으로 제거합니다.

데이터베이스 시스템은 여러 버전의 기록과 각각의 거래 ID를 유지함으로써 다양한 거래의 요구에 맞는 데이터의 일관된 스냅샷을 제공할 수 있습니다. 활성 트랜잭션은 트랜잭션 시작 시간에 유효한 최신 레코드 버전에 액세스하여 명시적인 잠금 없이도 일관성과 직렬화를 보장합니다.

MVCC의 장점과 단점: 성능과 일관성의 균형

MVCC는 동시성 향상, 성능 최적화 등 여러 가지 이점을 제공하지만 몇 가지 제한 사항도 있습니다. 관계형 데이터베이스 시스템에서 MVCC를 사용할 때의 장단점을 논의해 보겠습니다.

MVCC의 장점

• 동시성 향상 : MVCC를 사용하면 데이터의 깔끔한 스냅샷을 제공하여 여러 트랜잭션을 동시에 실행할 수 있습니다. 이렇게 하면 잠금 경합이 줄어들어 트랜잭션이 불필요하게 차단되는 것을 방지할 수 있습니다.
• 최적화된 성능 : MVCC는 명시적인 잠금이 필요하지 않음으로써 더 빠른 읽기 및 쓰기 작업을 가능하게 합니다. 이는 특히 동시성이 높은 환경에서 성능을 최적화합니다.
• 향상된 격리 : MVCC는 각 트랜잭션의 시작 시간에 맞춰진 스냅샷을 제공하여 동시 트랜잭션 간의 격리를 제공합니다. 이를 통해 트랜잭션은 다른 트랜잭션의 데이터 보기에 영향을 주지 않고 독립적이고 일관되게 작동할 수 있습니다.

MVCC의 단점

• 스토리지 오버헤드 증가 : MVCC에서는 각 레코드의 여러 버전을 유지해야 하므로 스토리지 오버헤드가 증가할 수 있습니다. 그러나 스토리지 및 가비지 수집 메커니즘을 최적화하면 이 오버헤드를 허용 가능한 수준으로 줄일 수 있습니다.
• 복잡한 가비지 수집 : MVCC에서 생성된 오래된 레코드 버전을 관리하려면 정교한 가비지 수집 메커니즘이 필요합니다. 이는 특히 트랜잭션이 많은 환경에서 데이터베이스 시스템을 다소 복잡하게 만들 수 있습니다.
• 특정 시나리오에서 일관성 보장 감소 : MVCC는 특정 경우에 일관성 보장 감소로 이어질 수 있습니다. 이러한 상황은 일반적으로 읽기-쓰기 충돌에서 발생하거나 데이터베이스 시스템이 읽기-커밋 및 읽기-커밋되지 않은 격리 수준과 같이 약한 일관성 보장을 제공하는 격리 수준을 사용하는 경우에 발생합니다. 그럼에도 불구하고 이는 MVCC의 수많은 이점을 고려할 때 일반적으로 허용되는 절충안입니다.

MVCC에는 몇 가지 과제와 복잡성이 있지만 동시성 관리, 데이터 일관성 보장, 관계형 데이터베이스 성능 향상을 위한 효과적인 솔루션을 제공합니다. 개발자와 데이터베이스 관리자는 MVCC를 이해하고 적절하게 구현함으로써 사용자에게 원활하고 효율적인 데이터베이스 경험을 제공할 수 있습니다.

MVCC를 사용하는 인기 있는 관계형 데이터베이스 시스템

널리 사용되는 여러 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)은 향상된 동시성 및 성능 최적화를 위해 MVCC를 활용합니다. 다음은 MVCC를 구현하는 널리 사용되는 일부 시스템에 대한 개요입니다.

포스트그레SQL

최고의 오픈 소스 관계형 데이터베이스 시스템 중 하나 인 PostgreSQL은 MVCC를 지원하여 트랜잭션을 효과적으로 격리하고 동시성을 최적화하며 데이터 일관성을 보장합니다. PostgreSQL은 읽기 및 쓰기 트랜잭션을 분리하고 각 트랜잭션에 대해 서로 다른 데이터 스냅샷을 유지하는 스냅샷 격리 기술을 사용합니다. 이 접근 방식은 잠금 경합을 줄이고 여러 트랜잭션이 지연 없이 동시에 실행되도록 합니다.

MySQL(InnoDB 스토리지 엔진)

MySQL은 또 다른 인기 있는 오픈 소스 관계형 데이터베이스 시스템입니다. MyISAM의 기본 스토리지 엔진은 MVCC를 지원하지 않지만 대부분의 사용 사례에 권장되는 InnoDB 스토리지 엔진은 성능과 동시성을 향상시키기 위해 MVCC를 구현합니다. InnoDB를 사용할 때 MySQL은 동시 읽기 및 쓰기 작업을 허용하기 위해 여러 버전의 레코드를 유지함으로써 잠금 경합을 줄이고 성능을 향상시킵니다.

신탁

대표적인 상용 데이터베이스 시스템 중 하나인 Oracle Database는 MVCC를 사용하여 데이터 일관성을 유지하고 성능을 향상시킵니다. Oracle은 읽기 및 쓰기 일관성 메커니즘의 조합을 사용하여 독자에게 데이터의 일관된 스냅샷을 제공하는 동시에 작성자가 다른 트랜잭션을 차단하지 않고 데이터를 수정할 수 있도록 합니다.

Microsoft SQL Server(스냅샷 격리 수준)

Microsoft SQL Server는 또 다른 유명한 상용 RDBMS입니다. 기본적으로 MVCC를 사용하지 않지만 MVCC 모델을 활성화하는 스냅샷 격리 수준을 지원합니다. 스냅샷 격리를 사용하면 SQL Server에서 다양한 버전의 데이터 행을 유지 관리할 수 있으므로 잠금 경합이 줄어들고 성능이 향상되면서 동시 읽기 및 쓰기 작업이 가능해집니다.

AppMaster 사용한 MVCC: 동시성 제어 활용

AppMaster 의 코드 없는 플랫폼은 개발자가 동시성 제어 및 성능 최적화를 위해 MVCC를 사용하는 애플리케이션을 포함하여 관계형 데이터베이스와 원활하게 작동할 수 있는 애플리케이션을 만들 수 있도록 지원합니다. MVCC의 기능을 인식하고 이를 효과적으로 활용하는 것은 성능이 뛰어나고 확장 가능하며 효율적인 애플리케이션을 구축하는 데 필수적입니다.

AppMaster 의 시각적 개발 도구를 사용하면 개발자는 데이터 스키마를 모델링 및 설계하고, REST API를 생성하고, 관계형 데이터베이스와 원활하게 작동하는 웹 및 모바일 애플리케이션 인터페이스를 설계할 수 있습니다. AppMaster 생성 애플리케이션은 모든 PostgreSQL 호환 데이터베이스를 기본 데이터 스토리지로 사용하여 개발자가 PostgreSQL에서 MVCC를 사용할 수 있도록 합니다.

AppMaster 의 플랫폼은 Go(golang)의 백엔드 애플리케이션, Vue3 프레임워크를 사용하는 웹 애플리케이션, Android용 Kotlin 및 Jetpack Compose 와 iOS용 SwiftUI 사용하는 모바일 애플리케이션용 소스 코드를 생성합니다. 비즈니스 로직이 효율적으로 구현되면 애플리케이션은 동시성 제어에 대한 MVCC의 이점을 활용하면서 효율적이고 최적화된 방식으로 데이터베이스와 상호 작용할 수 있습니다.

미래 동향과 혁신

데이터베이스 관리의 세계는 지속적으로 발전하고 있으며 MVCC는 이러한 발전의 선두에 있습니다. 현대 데이터베이스 기술에서는 몇 가지 주요 동향과 혁신이 MVCC와 해당 애플리케이션의 미래를 형성하고 있습니다.

• 최신 데이터베이스 기술의 MVCC: MVCC는 최신 데이터베이스 관리 시스템의 핵심 기능으로 남아 있습니다. 데이터 양이 증가하고 동시성 제어의 필요성이 더욱 중요해짐에 따라 데이터베이스 공급업체는 MVCC 구현을 향상시키는 데 투자합니다. 처리량이 많은 환경에서도 MVCC의 효율성을 유지하기 위해 새로운 알고리즘과 최적화가 개발되고 있습니다.
• 확장성 및 분산 시스템에 대한 시사점: 확장성은 오늘날 데이터 집약적인 애플리케이션의 주요 관심사입니다. MVCC는 동시성을 기본적으로 지원하므로 분산 데이터베이스 시스템에 매우 적합합니다. 조직이 방대한 양의 데이터를 처리하기 위해 점점 더 분산 아키텍처를 채택함에 따라 MVCC는 분산 노드 전체에서 데이터 일관성과 격리를 유지하기 위한 기반을 제공합니다. 이는 여러 지리적 위치에서 동시에 데이터에 액세스하고 수정해야 하는 시나리오에서 특히 중요합니다.
• MVCC에 대한 접근 방식의 진화: MVCC는 그 가치가 입증되었지만 지속적인 연구와 혁신을 통해 새로운 접근 방식과 최적화가 개발되고 있습니다. 데이터베이스 엔지니어는 특정 사용 사례를 해결하고 성능을 미세 조정하기 위해 스냅샷 격리 및 직렬화 가능한 스냅샷 격리와 같은 MVCC의 변형을 탐색하고 있습니다. 이러한 진화하는 접근 방식은 강력한 데이터 일관성과 높은 동시성의 균형을 유지하여 데이터베이스가 다양한 애플리케이션 요구 사항에 적응할 수 있도록 합니다.

효율성, 확장성 및 적응성에 대한 약속은 관계형 데이터베이스에서 MVCC의 미래를 특징짓습니다. 데이터의 양과 복잡성이 증가함에 따라 MVCC는 데이터베이스 시스템의 초석으로 남아 데이터 무결성을 보장하고 최신 애플리케이션의 요구 사항을 지원합니다. 진화하는 접근 방식을 수용하고 분산 환경에서 MVCC의 강점을 활용함으로써 데이터베이스 영역은 지속적인 혁신과 개선을 이룰 수 있습니다.

결론

MVCC(다중 버전 동시성 제어)는 관계형 데이터베이스 관리 시스템에서 데이터 일관성을 보장하고 잠금 경합을 줄이며 여러 동시 트랜잭션이 있는 시나리오에서 성능을 최적화하는 데 중요한 기술입니다. PostgreSQL, MySQL(InnoDB), Oracle 및 Microsoft SQL Server(스냅샷 격리 수준)를 비롯한 여러 잘 알려진 데이터베이스 시스템은 향상된 동시성 관리를 위해 MVCC를 구현합니다.

관계형 데이터베이스와 상호 작용하는 애플리케이션을 개발할 때 MVCC의 기능을 이해하고 애플리케이션이 이를 활용하는지 확인하는 것이 중요합니다. AppMaster 의 no-code 플랫폼을 사용하면 MVCC 지원 데이터베이스와 효율적으로 작동할 수 있는 애플리케이션을 구축하여 광범위한 수동 개입 없이도 최적화된 성능과 동시성 제어를 제공할 수 있습니다.