디비 아키텍처 - 버퍼 LOCK

버퍼 상태는 총 3가지가 있다

1. 프리 버퍼 = 말그대로 프리함. 비어있다는 뜻. 여기에 이제 데이터를 언제든지 덮어써도 무방한 버퍼임.
2. 더티 버퍼 = 사용자가 무엇인가 수정했다? 그러면 일단 버퍼 캐시에 수정이 되잖슴? 그런데 아직 데이터파일에는 반영이 안된 상태임.
3. 핀 버퍼 = 읽기 쓰기 작업을 위해 현재 엑세스 되고 있는 버퍼 블록임. 앞에서 말햇듯 sga영역은 여러 서버 프로세스가 공유하기에 래치라는 블락 매커니즘을 적용함. 이때 버퍼 상태는 핀 버퍼 상태임!!! ㅇㅋ?

버퍼 Lock ( 다른 말로 버퍼 핀 ) pin 꼿앗다 할때 그거

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버퍼 캐시에서 버퍼 블록을 찾으면 빨리 래치 해제해야함.

안그러면 래치에 여러 해시 체인이 달렸으니까 래치 경합 발생!!!

아니 근데 왜 버퍼락이 필요한거지… 래치를 통해서 어차피 동시성 접근 막지 않나….

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좋은 질문이야. (좋은질문이라고 지피티한테 칭찬받음)

래치(latch)와 버퍼 락(buffer lock)은 둘 다 동시성 제어를 위한 메커니즘이지만, 목적과 사용 시점이 다르기 때문에 둘 다 필요

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🔒 래치(Latch): 메모리 구조 보호용 "경량 잠금"

• 목적: SGA 내부 구조(버퍼 캐시 등)의 무결성을 보장하기 위해 사용돼.
• 특징:
  • 매우 짧은 시간 동안만 보유.
  • OS 커널 수준의 락이 아닌, 사용자 수준의 spin lock. (커널수준의 락이 얼마나쌘지 사실모르겟음)
  • 예: 버퍼 체인을 따라가면서 블록을 찾을 때, 그 체인 구조가 중간에 바뀌면 안 되므로 래치로 보호. = 즉 체인 구조를 보호한다!!!

✅ 예시

버퍼 캐시에서 어떤 블록을 찾기 위해 해시 체인을 따라갈 때:

"체인 구조 자체를 수정/읽는 동안은 중간에 다른 프로세스가 이 구조를 바꾸면 안 되므로 래치를 잠깐 잡는다."

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🔐 버퍼 락(Buffer Lock): 데이터 보호용 "장기 잠금"

• 목적: 데이터 블록 수준에서의 읽기/쓰기 충돌 방지.
• 특징:
  • 데이터 조작 중에는 버퍼 락을 통해 사용자 트랜잭션 간 충돌 방지.
  • 공유 모드(S)와 배타 모드(X) 등으로 세분화 가능.
    • 공유모드 = 쉐어 모드는 읽기 작업일때
    • 베타모드 = 익스클루시브 모드는 쓰기 작업일때
  • 래치보다 보유 시간이 길다.

✅ 예시

사용자 A가 블록을 수정 중인데 사용자 B도 같은 블록을 읽으려 하면:

"버퍼 락을 확인해서 아직 A가 X모드로 보유 중이니까 대기하거나 S 모드로 접근 제한."

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🧠 왜 래치만으로는 부족할까?

• 래치는 내부 구조 보호(예: 해시 체인 따라가기, 버퍼 캐시 배열 등)의 "짧고 빠른 락".
• 버퍼 락은 트랜잭션 간 충돌 방지를 위한 "데이터 보호 목적의 락".
• 래치는 구조의 무결성을 지키고,
• 버퍼 락은 데이터 자체의 정합성을 지켜.

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🔄 정리 요약

구분 래치 (Latch) 버퍼 락 (Buffer Lock)

보호 대상	내부 구조(SGA 구조체 등)	데이터 블록
유지 시간	짧다 (ms 단위)	상대적으로 길다
충돌 주체	시스템 내부 처리 간	사용자 트랜잭션 간
주요 목적	구조의 무결성 보장	데이터 정합성 보장

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결국 래치와 버퍼락 두개 순차적으로 같이 사용한다.

이해를 돕기위한 예시 시나리오(블록 하나를 읽을때 일어나는 일들)

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🔄 하나의 데이터를 읽을 때 흐름

✅ 1. 래치 획득 (구조 보호)

• 먼저 버퍼 캐시의 해시 체인을 따라가서 원하는 블록이 메모리에 있는지 찾아야 한다!
• 이 과정에서 해시 체인 구조가 바뀌면 안 되므로, 래치를 획득
• 이건 아주 짧게만 잡아. 구조만 안전하게 읽고 나면 바로 해제

☑️ 목적: 내부 구조(SGA 버퍼 캐시 체계) 보호

✅ 2. 버퍼가 있으면 → 버퍼 락 획득 (데이터 보호)

• 원하는 블록이 메모리에 이미 올라와 있다면, 그 블록의 데이터 자체에 대해 버퍼 락을 잡는다.
• 버퍼 락을 잡는과 동시에 래치는 해제한다. (중요)
• 버퍼 락은 공유 모드(S)로 잡아서 다른 트랜잭션도 동시에 읽을 수 있게 해.

☑️ 목적: 데이터 충돌 방지, 정합성 보장

✅ 3. 읽기 수행

• 이제 버퍼에서 데이터를 읽고 트랜잭션 레벨의 작업을 진행함.

✅ 4. 버퍼 락 해제

• 읽기 작업이 끝나면 버퍼 락은 해제함.

✅ 5. 래치 해제

• 버퍼 락을 해제할때 버퍼 헤더를 엑세스하는 다른 프로세스와 충돌이 생길 수 있으니까 해당 버퍼가 속한 체인 래치를 다시 획득.

만약 래치를 획득하고 버퍼를 찾았는데 그 버퍼에 락걸려있으면?

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이때 버퍼 헤더에 있는 버퍼 Lock 대기자 목록에 자신을 등록 후 래치는 일단 해제.

이때 버퍼 lock 대기자 목록에 등록되어 있는 동안 buffer busy waits 대기 이벤트가 발생한다.

기다리다가 버퍼 lock이 해제되면 버퍼 lock을 획득하고 작업 진행한다.

버퍼 핸들

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버퍼 락을 버퍼 핀이라고도 한다.

핀을 걸엇음을 의미함

아까 위에서 말햇듯이 읽기 작업은 쉐어드 모드로 걸린다.

즉 변경할때는 하나의 프로세스만 핀 설정.

읽기작업만일때는 여러 프로세스가 동시에 핀 설정 가능.

버퍼 헤더에 핀을 설정하려고 사용하는 오브젝트를 버퍼 핸들 이라고 부른다.

그런데 버퍼 핸들도 리소스임. 즉 버퍼 핸들을 또 얻으려면 다른종류의 래치가 필요.

이 래치의 이름은 “캐시 버퍼 핸들 래치”

결국 버퍼 핸들도 동시성으로 경합지점이 됨.

이를 방지하기 위해 오라클에서는 버퍼 핸들을 미리 5개 만들어둠.

물론 더 필요하면 추가로 버퍼 핸들이 할당되긴함.

버퍼락의 필요성

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어차피 dml 락으로 사용자 데이터 변경 함부로 못하게 막는데 왜 또 다른 버퍼락이 필요한걸까…?

이유는 하나의 row 즉 하나의 레코드를 갱신하더라고 블록 단위로 IO가 발생하기 때문이다.

이해를 위해 또 예시상황을 가져왓다.

상황 비유: 공동 작업하는 회사 문서 수정

👥 등장인물

• A, B 직원: 동시에 일하는 사용자들
• 문서: 우리가 수정하려는 사용자 데이터 (테이블의 행, Row)
• 문서함: 문서가 담긴 캐비닛 (버퍼 캐시의 데이터 블록)
• 사물함 자물쇠: 버퍼 락 (buffer lock)
• "수정 중" 포스트잇: DML 락 (row lock)

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📦 시나리오

✅ Step 1. A가 문서(id=1)를 수정하려고 함

1. A가 문서함(=버퍼 블록)에서 해당 문서를 꺼내려 해.
2. 먼저 문서함이 안전하게 열려 있는지 확인하고, 자물쇠를 건다. → 🟦 buffer lock 획득
3. → 문서함 안의 물리적인 내용물을 안전하게 꺼내기 위한 잠금
4. 문서를 꺼내서 책상에 올리고, 수정하기 시작함
5. 동시에 "수정 중" 포스트잇을 붙임 → 🟨 DML lock
6. → 다른 사람이 이 문서를 건드리지 않도록 논리적 보호

이걸 보면 이해가 쏙쏙~

즉 두가지 락이 동시에 걸려있는 상황이 있을 수 있다~~~ 명심~~~

버퍼 pinning 기능

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버퍼를 읽고 나서 버퍼 pin을 즉각 해제하지 않고 데이터베이스 call 이 진행되는 동안 유지하는 기능을 말한다.

그리고 버퍼 pinning 을 사용하면서 블록 I/O 감소효과가 있음.