2021년 09월 15일 TIL

오늘의 공부 내용

트랜잭션

Atomicity(원자성)

1. 트랜잭션의 연산은 데이터베이스에 모두 반영되든지 아니면 전혀 반영되지 않아야 한다.

2. 트랜잭션 내의 모든 명령은 반드시 완벽히 수행되어야 하며, 모두가 완벽히 수행되지 않고 어느하나라도 오류가 발생하면 트랜잭션 전부가 취소되어야 한다.

Consistency(일관성)

1. 트랜잭션이 그 실행을 성공적으로 완료하면 언제나 일관성 있는 데이터베이스 상태로 변환한다.

2. 시스템이 가지고 있는 고정요소는 트랜잭션 수행 전과 트랜잭션 수행 완료 후의 상태가 같아야 한다.

Isolation(독립성,격리성)

1. 둘 이상의 트랜잭션이 동시에 병행 실행되는 경우 어느 하나의 트랜잭션 실행중에 다른 트랜잭션의 연산이 끼어들 수 없다.

2. 수행중인 트랜잭션은 완전히 완료될 때까지 다른 트랜잭션에서 수행 결과를 참조할 수 없다.

Durablility(영속성,지속성)

1. 성공적으로 완료된 트랜잭션의 결과는 시스템이 고장나더라도 영구적으로 반영되어야 한다.

WAL(Write-ahead logging), 로그 선행 기입

데이터베이스 시스템에서 ACID(원자성, 일관성, 고립성, 지속성)의 특성 가운데에 원자성과 내구성을 제공하는 기술의 한 계열이다.

WAL을 사용하는 시스템에서 모든 수정은 적용 이전에 로그에 기록된다. 일반적으로 redo 및 undo 정보는 둘 모두 로그에 저장된다.

WAL은 데이터베이스 업데이트가 인플레이스 알고리즘(in-place algorithm, 제자리 알고리즘)을 사용할 수 있게한다. 다른 방식으로는, 그림자 페이징 기법을 사용하는 방법이 있다. inplace 알고리즘 사용 시에는 색인과 블록 목록의 수정 필요성을 줄일 수 있다.

데이터 베이스 회복 기법

• 로그 기반 회복 기법

  • 지연 갱신 회복 기법

    • 변경 내용을 로그에만 저장하다가 Commit이 발생하면 로그를 이용해 저장하는 기법
    • 회복 시 UNDO 필요 없이 REDO만 실행
    • 시스템 붕괴시 로그에 있는 정보는 버림

  • 즉시 갱신 회복 기법

    • 트랜잭션 수행 도중 데이터 변경 시 변경 정보 로그에 저장, 트랜잭션이 부분 완료되기 전이라도 모든 변경 내용을 즉시 DB에 반영
    • 회복 시 로그 파일 참조하여 REDO와 UNDO를 모두 실행
    • 로그 파일을 참조해 미완료된 변경에 UNDO를 우선 실행 후, 완료된 변경에 REDO를 실행

  • 체크포인트 회복 기법

    • 검사점 이후 , 장애 발생 이전에 Commit 된 경우 UNDO
    • 검사점 이후, 장애 발생 시점까지 Commit이 없는 경우 REDO

  • 미디어 회복 기법

    • 디스크 같은 비휘발성 저장 장치가 손상되는 장애 발생을 대비한 회복 기법

    • DB 내용을 백업, 미러링, RAID(여러 개의 디스크를 묶어 하나의 디스크처럼 사용하는 기술, Redundant Array of Independent Disk - 독립 디스크의 복수 배열)

    • 미디어 장애시 가장 최근 덤프로 복구하고 로그 파일을 참조해 덤프 이후의 작업을 Redo

      • RAID Level

        • RAID 0~6 까지 있으며, RAID를 구성하는 디스크의 종류와 크기는 같다고 가정

        • RAID 0

          • Striping(스트라이핑)
          • RAID 0를 구성하기 위해서 최소 2개의 디스크 필요
          • RAID를 구성하는 모든 디스크에 데이터를 분할하여 저장
          • 전체 디스크를 사용하기에 성능은 단일 디스크의 성능의 N배, 용량 역시 단일 디스크의 N배
          • 그러나 하나의 디스크라도 문제 발생 시 전체 RAID가 깨지므로, 안정성은 1/N(실제 서버에선 거의 사용 X)

        • RAID 1

          • Mirroring(미러링)
          • RAID 1을 구성하기 위해 최소 2개의 디스크 필요
          • 모든 디스크에 데이터를 복제하여 기록하며, 그래서 실제 사용 가능한 용량과 Write 성능은 오히려 단일 디스크보다 떨어질 수 있다. 그러나 Read 성능은 N개의 디스크에서 동시에 읽기에 오히려 높게 나올 수도 있다.

        • RAID 2

          • 현재는 사용되지 않는 RAID Level
          • bit 단위로 Striping, error correction을 위해 Hamming code 사용
          • 최소 3개의 디스크로 구현 가능 (m+1개의 데이터 디스크, M개의 패리티 디스크)

        • RAID 3, 4

          • RAID 0, 1을 보완하기 위한 방식

          • RAID 3, 4는 기본적으로 RAID 0과 같은 striping 구성을 하고 있어

            성능을 보안하고 디스크 용량을 온전히 사용할 수 있게 해주는데 여기에 추가로 에러 체크 및 수정을

            위해서 패리티 정보를 별도의 디스크에 따로 저장하게 됩니다.

            RAID 3은 데이터를 바이트 단위로 나누어 디스크에 동등하게 분산 기록하며 RAID 4는 데이터를

            블록 단위로 나눠 기록하므로 완벽하게 동일하진 않다는 차이가 있습니다.

            RAID 3은 드라이브 동기화가 필수적이라 많이 사용되지 않고 RAID 4를 더 많이 쓴다고 보시면 됩니다.

  • 그림자 페이징 회복 기법

    • 트랜잭션이 실행되는 메모리상의 Current Page Table과 하드디스크의 Shadow Page Table 이용
    • 트랜잭션 시작 시점에 Current page Table과 동일한 Shadow Page Table 생성
    • 트랜잭션 완료 시점에 Shadow 삭제
    • 실패 시 Shadow를 Current로 변경

  • ARIES 회복 기법

    • REDO 중 Repeating history : 붕괴가 발생했을 때의 DB 상태를 복구하기 위해서 붕괴 발생 이전의 모든 연산을 다시 한번 수행, 붕괴가 발생했을 때 완료되지 않은 상태였던(진행하던 트랜잭션)은 UNDO
    • UNDO 중 Logging : UNDO를 할 때에도 로깅을 함으로써 회복을 수행하는 도중에 실패하여 회복을 다시 시작할 때에 이미 완료된 UNDO 연산을 반복하지 않음.

IP Class 개념

• IP Class의 경우 A, B, C, D, E Class로 나누어 Network ID와 Host ID를 구분하게 된다.

A Class

• 처음 8bit(1byte)가 Network ID이며, 나머지 24bit(3byte)가 Host ID로 사용된다.
• 비트가 0으로 시작하기에 네트워크 할당은 0~127이다.
• 즉 128곳에 가능하며 최대 호스트 수는 16,777,214개이다.

B Class

• 처음 16bit(2byte)가 Network ID이며, 나머지 16bit(2byte)가 Host ID로 사용된다.
• 비트가 10으로 시작하기에 네트워크 할당은 16,384곳에 가능하며 최대 호스트 수는 65,534개이다.

C Class

• 처음 24bit(3byte)가 Network ID이며, 나머지 8bit(1byte)가 Host ID로 사용된다.
• 비트가 110으로 시작하기에 네트워크 할당은 2,097,152 곳에 가능하며, 최대 호스트 수는 254개이다.

D Class와 E Class

• 실제 Network에서 사용되는 Class는 A, B, C Class이며, D Class는 Multicast(멀티캐스트), E Class는 미래에 사용하기 위해 남겨둔 것으로 예약되어 있다.

• 실질적으로 D와 E Class의 경우 사용되는 경우는 거의 없다.

• 사설 IP

  • 공인 IP 주소가 공개형이라면 사설(private) IP 주소는 폐쇄형이다.
  • 공인되지 않은 IP 주소라는 의미 때문이다.
  • 즉, 이 사설 IP 주소는 외부에 공개되지 않아 외부에서 검색, 접근이 근본적으로 불가능하다.
  • 사설 IP 주소는 주소 대역이 3개로 고정되어 있다.
  • 이를테면, 192.168.xxx.xxx와 172.10.xxx.xxx, 그리고 10.xxx.xxx.xxx 대역이다.
  • 이러한 사설 IP 주소는 인터넷 유무선 공유기를 사용할 때 흔히 접하게 되는데, 하나의 공인 IP 주소를 공유하여 여러 대의 컴퓨터가 인터넷에 접속하게 하려면 사설 IP 주소가 필요하기 때문이다.
  • 예를 들어, 그 동안 컴퓨터 한 대를 100.100.100.100라는 공인 IP 주소로 설정해 인터넷에 접속하다가 유무선 인터넷 공유기를 설치해 연결했다면, 이후로는 공유기 IP 주소가 100.100.100.100이 되고 공유기에 연결된 해당 컴퓨터에는 192.168.0.10 등과 같은 사설 IP 주소가 할당된다.
  • 이러한 사설 IP 주소를 사용하는 이유는 두 가지다.
  • 하나는 위에서 언급한 대로 IP 주소를 공유하기 위함이다.
  • 이는 IPv4 체계의 IP 주소 부족 문제를 해결할 수 있는 방안이기도 하다.

• Link local address(링크 로컬 주소)

  • 브로드 캐스트 도메인 내의 통신에 대해서만 유효한 네트워크 주소
  • 169.254.1.0 ~ 169.254.254.255의 범위로 예약되어 있는 네트워크 주소
  • 사용 이유
    • 장치가 DHCP 서버를 찾지 못하여 IP를 할당받지 못하거나, static IP로의 설정 또한 지정되어 있지 않을 경우, 자동적으로 자신의 IP를 할당하기 위해서 사용함.
      • DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)
        • 호스트의 IP 주소와 각종 TCP/IP 프로토콜의 기본 설정을 클라이언트에게 자동적으로 제공해주는 프로토콜을 말한다.
    • 추후 장치에 대한 검색, IP 변경을 원격으로 진행할 수 있도록 링크 로컬 주소가 사용됨

• 6to4 릴레이 애니캐스트

  • IPv6 주소를 IPv4네트워크에 연결하기 위한 주소?

  유니캐스트 / 멀티 캐스트 / 브로드 캐스트

  • 유니캐스트
    • 1:1 통신, 현재 네트워크에서 가장 많이 사용되는 방식
    • 유니캐스트 통신 방식은 Destination을 제외한 다른 네트워크상의 PC들의 CPU 성능을 저하시키지 않는다.
    • 자신의 MAC Address가 아니라고 판단되면 랜카드에서 해당 Frame을 버리기 때문이다. 하지만 그룹 통신을 위해 다중 수신자들에게 동일한 데이터를 전송하고자 할 경우 유니 캐스트 전송방식을 이용한다면, 전송하고자 하는 데이터 패킷을 다수의 수신자에게 여러번 전송해야 하며, 동일한 패킷의 중복 전송으로 인해 네트워크 효율이 저하된다.
  • 브로드캐스트
    • 자신의 호스트가 속한 네트워크 전체를 대상으로 패킷을 전송하는 일대다 통신방식
    • 브로드캐스트는 Local LAN 상에 붙어있는 모든 네트워크 장비들에게 보내는 통신이다. 여기서 Local이란 라우터에 의해서 구분되어진 공간, 즉 브로드캐스트 도메인 이라고 하는 공간을 뜻한다. 브로드캐스트 주소는 미리 정해져 있는데, 이 주소가 오면 랜카드는 비록 자신의 MAC Address와 같지는 않지만 해당 브로드캐스트 패킷을 CPU에 전달하게 된다.(수신을 거부할 수 없음)
    • 브로드캐스트는 반드시 필요한 통신방식이지만, 데이터를 수신할 필요가 없는 호스트 들에게도 데이터가 전송되기 때문에 불필요한 인터럽트가 발생되며, 브로드캐스트는 자신이 속한 네트워크에만 한정되고, 라우터를 경유하지 못하는 단점이 있다.
  • 멀티캐스트
    • 특정한 하나 이상의 수신자들에게 데이터를 전송하는 방식
    • 멀티캐스트의 경우 자신이 데이터를 받기 원하는 특정 호스트 들에게만 보내는 것이 가능하지만, 스위치나 라우터가 이 기능(MultiCast Forwarding)을 지원해 주어야 한다.
    • 멀티캐스트 전송을 위한 그룹 주소는 D Class IP 주소(224.0.0.0 ~ 239.255.255.255)로 전세계 개개인의 인터넷 호스트를 A, B, C Class IP 주소와는 달리 실제의 호스트를 나타내는 주소가 아니며, 그룹 주소를 갖는 멀티캐스트 패킷을 전송받는 수신자는 자신이 패킷의 그룹에 속해있는 가를 판단해 패킷의 수용여부를 결정하게 된다.
    • 현재 인터넷상의 라우터들은 대부분 유니캐스트만을 지원하기 때문에 멀티캐스트 패킷을 전송하기 위해서는 멀티캐스트 라우터 사이에 터널링(tunneling)이라는 개념을 사용하여 캡슐화(Encapsulation)된 패킷을 전송 한다. 즉 멀티캐스트 주소를 가진 데이터 패킷 헤더 앞에 멀티캐스트를 지원하지 않는 일반 라우터들을 거칠 경우, 기존의 유니캐스트 패킷과 같은 방법으로 라우팅 되어 최종적으로 터널의 종착지(Node)로 전송될 수 있게 하는 것이다.

IP주소와 서브넷 마스크를 통해 네트워크 주소 / 브로드캐스트 주소 계산하는 법

1. IP 주소와 서브넷 마스크를 & 연산한다 -> 네트워크 주소
2. 서브넷 마스크의 0비트가 있던 자리를 네트워크 주소에서 1로 바꾼다. -> 브로드캐스트 주소
3. 네트워크 주소와 브로드캐스트 주소를 제외한 주소들은 게이트웨이로 동작할 수 있다.