데이터베이스 교착상태의 원인과 해결책은 무엇입니까?

Deadlock

소위 교착 상태: 실행 중에 두 개 이상의 프로세스가 리소스를 놓고 경쟁하면서 발생하는 상호 대기 현상을 말합니다. 외부 힘이 없으면 그 중 어느 것도 진행할 수 없습니다. 이때 시스템이 교착 상태에 있거나 시스템에 교착 상태가 발생했다고 합니다. 이러한 프로세스들이 항상 서로를 기다리고 있는 것을 교착 상태 프로세스라고 합니다.

자원 점유는 상호 배타적이므로 프로세스가 자원에 적용되면 해당 프로세스는 필요한 자원을 할당받지 못하고 외부 지원 없이는 계속 실행할 수 없습니다. 이는 교착 상태라는 특별한 현상을 발생시킵니다.

실행 프로그램에서 두 개 이상의 스레드가 영구적으로 차단(대기)되고, 각 스레드가 다른 스레드에 의해 점유되어 차단된 리소스를 기다리는 상황입니다. 예를 들어 스레드 A가 레코드 1을 잠그고 레코드 2를 기다리고 스레드 B가 레코드 2를 잠그고 레코드 1을 기다리는 경우 두 스레드 사이에 교착 상태가 발생합니다.

컴퓨터 시스템에서 시스템의 자원 할당 전략이 부적절하거나 더 흔하게는 프로그래머가 작성한 프로그램에 오류가 있는 경우 등 부적절한 자원 경쟁으로 인해 프로세스가 교착 상태에 빠지게 됩니다.

잠금을 구현하는 방법에는 의도 잠금, 공유 배타적 잠금, 잠금 테이블, 트리 프로토콜, 타임스탬프 프로토콜 등 여러 가지가 있습니다. 잠금에는 여러 세부 단위도 있습니다. 예를 들어 테이블이나 레코드에 대해 잠글 수 있습니다.

교착 상태의 주요 원인은 다음과 같습니다.

(1) 시스템 리소스가 부족합니다.

(2) 프로세스 실행 및 진행 순서가 부적절합니다.

(3) 자원의 부적절한 배분 등

시스템 리소스가 충분하고 프로세스의 리소스 요청을 충족할 수 있으면 교착 상태가 발생할 가능성은 매우 낮습니다. 그렇지 않으면 제한된 리소스에 대한 경쟁으로 인해 교착 상태에 빠지게 됩니다. 둘째, 프로세스의 실행 순서와 속도가 다를 경우 교착상태(Deadlock)가 발생할 수도 있다.

교착 상태에 필요한 네 가지 조건:

(1) 상호 배제 조건: 리소스는 한 번에 하나의 프로세스에서만 사용할 수 있습니다.

(2) 요청 및 보류 조건: 리소스 요청으로 인해 프로세스가 차단되면 획득한 리소스를 유지합니다.

(3) 비박탈 조건: 프로세스를 통해 얻은 자원은 모두 사용되기 전에 강제로 박탈될 수 없습니다.

(4) 순환 대기 조건: 여러 프로세스가 자원 관계에 대해 일대일 순환 대기를 형성합니다.

이 네 가지 조건은 교착 상태의 필수 조건입니다. 시스템에서 교착 상태가 발생하는 한 위 조건 중 하나가 충족되지 않는 한 교착 상태가 발생하지 않습니다.

교착 상태 예방 및 완화:

교착 상태의 원인, 특히 교착 상태를 생성하는 데 필요한 4가지 조건을 이해하면 교착 상태를 최대한 피하고 방지하고 완화할 수 있습니다. 따라서 시스템 설계, 프로세스 스케줄링 등의 측면에서 이러한 4가지 필수 조건이 성립되지 않도록 하는 방법과 프로세스가 시스템 자원을 영구적으로 점유하는 것을 방지하기 위한 합리적인 자원 할당 알고리즘을 결정하는 방법에 주의를 기울여야 합니다.

또한, 프로세스가 대기 상태에서 리소스를 점유하는 것을 방지하는 것도 필요합니다. 시스템이 작동하는 동안 프로세스가 발행한 각 리소스 요청은 시스템이 만족할 수 있는지 동적으로 확인하고, 확인 결과에 따라 자원 할당 여부가 결정됩니다. 할당 후 시스템이 교착 상태에 빠지면 할당하지 않고, 그렇지 않으면 할당합니다. 그러므로 자원배분은 적절하게 계획되어야 한다.

교착 상태를 최소화하는 방법

교착 상태를 완전히 피할 수는 없지만 교착 상태의 수는 최소화할 수 있습니다. 교착 상태를 최소화하면 트랜잭션 처리량이 늘어나고 시스템 오버헤드가 줄어듭니다. 롤백되는 트랜잭션이 거의 없어 트랜잭션에서 수행한 모든 작업이 실행 취소되기 때문입니다. 교착상태 발생 시 롤백으로 인해 신청서를 다시 제출합니다.

다음 방법은 교착 상태를 최소화하는 데 도움이 됩니다.

(1) 동일한 순서로 개체에 액세스합니다.

(2) 거래 내에서 사용자 상호작용을 피하세요.

(3) 거래를 짧게 일괄적으로 유지하세요.

(4) 낮은 격리 수준을 사용합니다.

(5) 바인딩 연결을 사용합니다.

1. 동일한 순서로 객체에 액세스

모든 동시 트랜잭션이 동일한 순서로 객체에 액세스하면 교착 상태가 발생할 가능성이 줄어듭니다. 예를 들어, 두 개의 동시 트랜잭션이 Supply 테이블에 대한 잠금을 획득한 다음 Part 테이블에 대한 잠금을 획득하는 경우 다른 트랜잭션이 완료될 때까지 하나의 트랜잭션이 Supply 테이블에서 차단됩니다. 첫 번째 트랜잭션이 커밋되거나 롤백된 후 두 번째 트랜잭션이 계속됩니다. 교착상태가 발생하지 않습니다. 모든 데이터 수정에 저장 프로시저를 사용하면 개체에 액세스하는 순서가 표준화됩니다.

2. 트랜잭션에서 사용자 상호 작용 방지

사용자 상호 작용 없이 일괄 처리를 실행하는 것이 사용자가 애플리케이션 요청 매개 변수 프롬프트에 응답하는 등 쿼리에 수동으로 응답하는 것보다 훨씬 빠르기 때문에 사용자 상호 작용이 포함된 트랜잭션을 작성하지 마세요. 예를 들어 트랜잭션이 사용자 입력을 기다리고 있고 사용자가 점심을 먹으러 가거나 주말에 집에 가는 경우 사용자는 트랜잭션을 일시 중지하고 완료할 수 없습니다. 트랜잭션이 보유하고 있는 잠금은 트랜잭션이 커밋되거나 롤백될 때까지 해제되지 않으므로 시스템 처리량이 감소합니다. 교착 상태가 발생하지 않더라도 동일한 리소스에 액세스하는 다른 트랜잭션은 차단되고 해당 트랜잭션이 완료될 때까지 기다립니다.

3. 거래를 짧고 일괄적으로 유지하세요

교착 상태는 일반적으로 동일한 데이터베이스에서 여러 장기 실행 트랜잭션이 동시에 실행될 때 발생합니다. 트랜잭션이 오래 실행될수록 배타적 잠금 또는 업데이트 잠금을 더 오래 유지하여 다른 활동을 차단하고 교착 상태가 발생할 수 있습니다.

트랜잭션을 일괄적으로 유지하면 트랜잭션에 대한 네트워크 통신 왕복 양을 최소화하고, 트랜잭션 완료 시 발생할 수 있는 지연을 줄이고, 잠금을 해제할 수 있습니다.

4. 낮은 격리 수준 사용

트랜잭션을 더 낮은 격리 수준에서 실행할 수 있는지 확인하세요. 커밋된 읽기를 수행하면 트랜잭션은 첫 번째 트랜잭션이 완료될 때까지 기다리지 않고도 다른 트랜잭션에서 읽은(수정되지 않은) 데이터를 읽을 수 있습니다. 높은 격리 수준(예: 직렬화 가능 읽기) 대신 낮은 격리 수준(예: 커밋된 읽기)을 사용하면 공유 잠금이 유지되는 시간이 줄어들어 잠금 경합이 줄어듭니다.

5. 바인딩된 연결 사용

동일한 응용 프로그램에서 열린 두 개 이상의 연결이 서로 협력할 수 있도록 바인딩된 연결을 사용하세요. 보조 연결에서 획득한 잠금은 기본 연결에서 획득한 잠금처럼 유지될 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이므로 서로를 차단하지 않습니다.

6. 저장 프로시저를 사용하여 교착 상태를 일으킨 프로세스와 SQL 문을 찾습니다.

교착 상태가 발생하면 어떤 SQL 문이나 저장 프로시저가 교착 상태를 발생시켰는지 어떻게 알 수 있나요? 이때, 교착상태를 일으킨 프로세스와 SQL 문을 탐지하고 알아내기 위해서는 다음과 같은 저장 프로시저를 이용할 수 있다.

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