분산 컴퓨팅 2. 중재자와 2단계 커밋 프로토콜

들어가기 전

• 이 글은 핵심 이론부터 프로그래밍 실습까지 분산 컴퓨팅을 읽고 정리한 글입니다. 

 

 

핵심 요약

 

 

 

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2.1 계좌 이체 문제

A → B로 1,000원을 이체하는 경우를 고려해보자. 이를 위해서는 다음 두 가지 동작이 원자적으로 일어나야 한다.

• A 계좌에서 1,000원 감소.
• B 계좌에서 1,000원 증가 

A, B가 서로 직접 소통하는 경우에는 이 작업은 원자적으로 이루어지지 않거나, 평생 아무런 일도 발생하지 않을 것이다. 

1. A → B : B 계좌 1,000원 증액 요청
2. B → A : B 계좌 1,000원 확인 응답
3.  A → B : 메세지 2번의 확인 응답
4. ...

먼저 메세지 1번에 대해 B가 적절히 응답하지 못하는 경우, A는 자신의 계좌에서 1,000원 감소시킬 수 없다. 만약 그렇게 한다면 A의 계좌에서만 1,000원이 줄어들고 B의 계좌에는 그대로 유지되는 셈이다. 

반면 2번에서 B가 응답을 적절히 했지만, A에게 응답이 전송되지 않을 수도 있다. 이 때, B가 무시하고 자신의 계좌에서 1,000원을 증가시킨다면 공짜돈 1,000원이 B에게 생기는 셈이다. 

메세지 2번에서 B가 보낸 응답을 A가 정상적으로 받았더라도, A - B는 서로 계좌를 업데이트 할 수 없다. B는 A가 자신의 응답을 받았다는 것을 정확히 알 수 없기 때문이다. 

여기서 알 수 있는 것은 분산 컴퓨팅에서 두 서버 간의 합의 (양자 합의)는 결함을 수반할 수 있음을 의미한다. 

 

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2.2 안정성과 라이브니스 

분산 컴퓨팅에서는 안정성과 라이브니스라는 개념이 나온다. 각 개념은 무엇을 의미할까?

 

안정성 (Safety)

안정성은 잘못된 결과가 일어나지 않는 성질을 의미한다. 

• 예시 : A 계좌에서 1,000원 감소하였으나 B 계좌는 그대로 유지 (잘못된 결과) 

 

라이브니스 (Liveness)

원하는 결과가 어느 시점에는 Eventually 실행되는 것을 의미한다.

• 예시 : A - B는 서로의 응답만 기다리다가 작업을 수행하지 못함. 

 

앞의 예시에서 볼 수 있듯이 분산 컴퓨팅에서 양자 합의(두 서버 간의 합의)만으로는 안정성 + 라이브니스를 둘다 만족시킬 수 없다. 이것은 안정성 + 라이브니스를 동시에 만족시키기 위해서는 제 3자가 필요할 것을 암시한다. 

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2.3 2단계 커밋 프로토콜 (Two Phase Commit)

여기서는 스트로우맨 프로토콜과 Two Phase Commit에 대한 내용을 살펴볼 것이다. 

 

스트로우맨 프로토콜 (Straw Man Protocol)

앞서 이야기 했던 것처럼 양자 합의로는 분산 시스템에서 Safety + Liveness를 모두 잡을 수 없다. 따라서 이를 도와줄 제 3자가 필요한데, 계좌 이체를 위해 추가된 제 3자를 Transaction Coordinator라고 명명한다. 

트랜잭션 코디네이터를 이용한 프로토콜은 다음과 같다.

1. A는 트랜잭션 코디네이터에게 출금 요청을 보냄. (Go!)
2. 트랜잭션 코디네이터는 K 은행, S 은행에게 요청을 보냄. 
3. 트랜잭션 코디네이터는 요청을 보낸 후, A에게 바로 응답함. 

이 프로토콜은 꽤나 안정적인 것처럼 보인다. 그런데 좀 더 들여다보면 전혀 안정적이지 않다. 아래 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 

1. A 계좌에 잔고가 0원인 경우 → A 계좌는 그대로, B 계좌에는 1,000원이 입금됨. 
2. B 계좌가 존재하지 않는 경우 → A 계좌에서만 1,000원이 출금됨. 
3. K 은행에게만 전달되거나, S 은행에게만 전달되는 경우. (서버가 죽었거나, 네트워크 파티셔닝) → 특정 계좌에서만 돈이 입/출금됨. 
4. TC가 작업 도중 중단되는 경우. (K 은행에게만 요청 보내고 중단되어 S 은행에게는 보내지 못한 경우) 

이런 여러가지 경우들을 고려해보면 러프하게 작성한 위 스케치는 분산 컴퓨팅에서는 Safety + Liveness 어느 하나 만족시키는 것이 없다. 이 프로토콜은 장애 내성(Fault Tolerance)가 전혀 없는 상태다. 2 페이즈 커밋 프로토콜을 이용하면 이 문제를 개선할 수 있다. 

 

Two Phase Commit