[논문 리뷰] Repairing Conflicts among MVCC Transactions

Mohammad Dashti, Sachin Basil John외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 02.

Distributed systems and fault tolerance참고 문헌 19인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 전체 트랜잭션을 취소하고 다시 시작하는 대신 충돌하는 코드 블록만 부분적으로 재실행함으로써 트랜잭션 충돌을 해결하는 새로운 MVCC 동시성 제어 알고리즘 MV3C를 제안한다. 경량 의존성 주석과 클로처 기반 복구 메커니즘을 사용함으로써 MV3C는 높은 경쟁 상황에서 오버헤드를 줄이고 처리량을 향상시키며, 충돌이 없는 경우 거의 영향을 주지 않는 성능을 달성하고 충돌 빈도가 높을 경우에 큰 성능 향상을 이룬다.

ABSTRACT

The optimistic variants of MVCC (Multi-Version Concurrency Control) avoid blocking concurrent transactions at the cost of having a validation phase. Upon failure in the validation phase, the transaction is usually aborted and restarted from scratch. The "abort and restart" approach becomes a performance bottleneck for the use cases with high contention objects or long running transactions. In addition, restarting from scratch creates a negative feedback loop in the system, because the system incurs additional overhead that may create even further conflicts. In this paper, we propose a novel approach for conflict resolution in MVCC for in-memory databases. This low overhead approach summarizes the transaction programs in the form of a dependency graph. The dependency graph also contains the constructs used in the validation phase of the MVCC algorithm. Then, in the case of encountering conflicts among transactions, the conflict locations in the program are quickly detected, and the conflicting transactions are partially re-executed. This approach maximizes the reuse of the computations done in the initial execution round, and increases the transaction processing throughput.

연구 동기 및 목표

• 우리가 고려하는 최적화된 MVCC에서 '취소하고 다시 시작하는' 전략이 높은 경쟁 또는 장시간 실행 트랜잭션 상황에서 성능 저하를 유발하는 문제를 해결하기 위해.
• 취소로 인해 경쟁이 증가하고 충돌이 더 심화되는 악순환 피드백 루프를 제거하기 위해.
• 다시 시작하는 대신 이전 계산을 재사용하는 저오버헤드 충돌 해결 메커니즘을 설계하기 위해.
• 의존성 주석을 사용해 영향을 받는 코드 블록을 식별하고 이를 재실행함으로써 충돌 트랜잭션을 효율적으로 복구할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• MV3C 알고리즘은 경량 주석을 사용해 트랜잭션 프로그램에서 데이터 및 제어 의존성을 추적함으로써 의존성 그래프를 구성한다.
• 충돌은 검증 단계에서 읽기 연산이 오래된 데이터 버전에 접근하는지 확인함으로써 감지된다.
• 충돌이 발생하면 클로저 경계를 통해 식별된 의존성 있는 코드 블록들만 재실행되어 재계산의 범위를 최소화한다.
• 시스템은 예측 그래프와 컴파일러 최적화된 클로저를 사용해 런타임 오버헤드를 낮춘다.
• 쓰기-쓰기 충돌은 커밋 시점까지 충돌 해결을 연기함으로써 조기 취소 없이 해결된다.
• 장시간 실행되는 쿼리의 경우 추가로 복구 효율을 향상시키기 위해 선택적 결과셋 복구 메커니즘이 제공된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체 트랜잭션을 취소하고 다시 시작하는 대신 충돌하는 부분만 부분적으로 재실행함으로써 MVCC의 충돌 해결을 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 충돌이 없는 실행 상황에서 의존성 주석과 복구 메커니즘을 유지하는 데 드는 성능 오버헤드는 얼마인가?
• RQ3 점점 증가하는 트랜잭션 경쟁 상황에서 MV3C는 전통적인 최적화된 MVCC(OMVCC)와 비교해 어떻게 성능을 내는가?
• RQ4 MV3C는 조기 취소 없이 쓰기-쓰기 충돌을 효과적으로 처리할 수 있는가?
• RQ5 부분적 복구가 이후 트랜잭션에 영향을 주는 충돌의 파급 효과를 어느 정도 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 충돌이 없는 상황에서는 MV3C가 OMVCC 대비 1% 미만의 오버헤드를 보이며, 순차적 및 동시 실행 모두에서 동일한 성능을 달성한다.
• 거래량이 많은 트레이딩 벤치마크와 함께 증가하는 지파라미터 α를 적용한 고경쟁 워크로드에서, MV3C는 500만 건의 트랜잭션 처리 시간을 OMVCC보다 크게 단축시킨다.
• 파급 효과 실험 결과, MV3C의 복구 메커니즘이 전체 시스템 부하를 줄이고 연쇄적 충돌을 방지하는 데 성공했으며, 반면 OMVCC는 점점 증가하는 경쟁으로 인해 악영향을 받는다.
• 1개 워크웨어하우스를 사용한 TPC-C 벤치마크에서, MV3C는 OMVCC와 거의 동일한 성능을 달성했으며, 높은 트랜잭션 복잡성에도 불구하고 측정 가능한 오버헤드가 없음을 확인했다.
• 장시간 실행되는 쿼리와 높은 경쟁 상황에서는 전체 취소 및 재시작이 매우 비용이 많이 들기 때문에, MV3C의 복구 메커니즘이 특히 효과적이다.