DB 데이터베이스 - 데이터 페이지 버퍼링(WAL/write ahead logging, Pinning, dual paging problem)

데이터베이스는 데이터 블록의 인메모리 버퍼를 유지한다. 데이터 페이지 버퍼링에 대해 알아보자.

 

1. 데이터 블록의 버퍼 관리 

새로운 블록이 필요할 때, 버퍼가 가득 찼다면 기존의 블록 중 하나를 버퍼에서 제거해야 한다.
제거될 블록이 업데이트된 경우, 그 블록은 디스크로 출력되어야 한다.

2. 쓰기 선행 로깅(WAL, Write-Ahead Logging)
커밋되지 않은 업데이트를 가진 블록이 디스크로 출력될 경우, 해당 업데이트에 대한 언두(undo) 정보를 포함한 로그 레코드가 먼저 안정적인 저장소의 로그에 출력된다. (데이터의 일관성을 보장하기 위함)
3. 블록의 고정(Pinning)
블록이 디스크로 출력될 때는 해당 블록에 업데이트가 진행 중이어서는 안 된다(블록은 고정되어야 함).

이는 다음과 같은 방식으로 보장될 수 있다.
1) 데이터 항목을 쓰기 전에 트랜잭션은 해당 데이터 항목을 포함하는 블록에 대해 배타적 잠금을 획득
2) 쓰기가 완료되면 잠금을 해제

짧은 기간 동안 유지되는 이러한 잠금을 래치(latches)라고 부른다.
4. 버퍼의 구현
데이터베이스 버퍼는 1) 실제 메인 메모리의 예약된 영역(단점 : 유연성 제한, 필요사항 변경) 또는 2) 가상 메모리에 구현(단점 : 이중 페이징 문제)될 수 있다.
예약된 메인 메모리에 버퍼를 구현시 단점
메모리가 사전에 데이터베이스 버퍼와 어플리케이션 간에 분할되어, 유연성이 제한됨.
필요사항이 변경될 수 있음 : OS은 언제 메모리를 어떻게 나눌지 가장 잘 알지만, 메모리 분할을 동적으로 변경할 수는 없다.
5. 이중 페이징 문제(Dual Paging Problem)
가상 메모리에 데이터베이스 버퍼가 구현되어 있으나 아래와 같은 단점이 있다.
- 운영 시스템이 수정된 페이지를 쫒겨내야 할 때, 해당 페이지는 디스크의 스왑 공간에 쓰여진다.
- 데이터베이스가 버퍼 페이지를 디스크에 쓰기로 결정했을 때, 버퍼 페이지가 스왑 공간에 있을 수 있으며, 스왑 공간에서 디스크로 다시 읽어야 하므로 추가 I/O가 발생한다.
   이중 페이징은 피할 수 있지만, 일반적인 운영 시스템은 이러한 기능을 지원하지 않는다.
- OS가 버퍼에서 페이지를 추방할 필요가 있을 때, 데이터베이스가 제어권을 넘겨받아

 수정된 경우 스왑 공간이 아닌 데이터베이스로 페이지를 출력(로그 레코드를 먼저 출력)한다.

 OS가 사용할 수 있도록 버퍼에서 페이지를 해제해야 한다.