2 phase commit

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Two Phase Commit(a.k.a. 2PC)은 distributed system에서 atomic commit을 보장하는 프로토콜이다. 2PC는 나름 많은 에러 상황을 버티고, 괜찮은 성능을 보이기 때문에 많이 사용된다.

2PC에서 노드는 한 개의 coordinator와 여러 개의 cohort로 나누어진다. Coordinator는 commit 할 transaction을 만드는 노드고, cohort들은 coordinator가 보낸 transaction을 commit 하거나 revert 한다. 2PC는 이때 fail 하지 않은 모든 cohort가 같은 상태를 유지하도록 하는 것이다. 즉, fail 하지 않은 모든 노드는 다 같이 commit 하거나 revert 한다.

이때 coordinator를 어떻게 선정할지는 2PC의 영역이 아니다. 고정된 coordinator를 계속 사용할 수도 있고, 차례대로 돌아가면서 coordinator가 될 수도 있고, 별도의 leader election을 사용하여 coordinator를 선정할 수도 있다. 2PC는 어떻게든 coordinator가 선정된 뒤의 일이다.

2PC는 이름 그대로 2가지 phase로 나누어져 있다. 첫 번째 phase는 voting phase라고 부르고, 두 번째 phase는 commit phase라고 불린다. 각 phase의 시작은 coordinator가 보내는 메시지로 시작한다.

Voting phase에서 coordinator는 commit 하고 싶은 transaction을 commit 할지 말지 투표하는 요청을 cohort에게 보낸다. VOTE 메시지를 받은 cohort들은 이 transaction을 바로 commit 하지 않는다. 해당 transaction을 커밋할 수 있으면 YES 메시지를, 없으면 NO 메시지를 coordinator에게 보낸다.

Voting phase에서 coordinator가 quorum 이상의 YES 메시지나 NO 메시지를 모으면 commit phase를 시작한다. 이때 일부 cohort에 문제가 생겨서 더 진행되지 않는 것을 방지하기 위해서 일정 시간 응답을 주지 않는 cohort는 NO 메시지를 보냈다고 가정한다.

이때 quorum을 얼마로 잡는가에 따라서 시스템의 consistency model과 resilience가 결정된다. 예를 들어 N개의 coordinator가 있는 시스템에서 N개의 YES 메시지를 모아야 한다면, 하나의 failure도 용납하지 않는 resilient 하지 않지만, strong consistency를 보장하는 시스템이 된다. Quorum이 얼마가 되어야 하는지는 정해지지 않았다. 하지만 non-partition 상황에서 consistency를 보장하기 위해서는 최소 N/2 이상의 YES 메시지를 모아야 한다.

Coordinator가 quorum 이상의 YES 메시지를 받았으면 cohort들에게 COMMIT 메시지를 보내고, quorum 이상의 NO 메시지를 받았으면 cohort 들에게 ROLLBACK 메시지를 보낸다. cohort는 COMMIT 메시지를 받았으면 voting phase에서 받았던 transaction을 커밋하고, ROLLBACK 메시지를 받았으면 그 transaction을 버린다. COMMIT이든 ROLLBACK이든 메시지를 처리하고 나면 cohort는 coordinator에게 처리했다는 메시지를 보낸다. Coordinator가 cohort들에게 처리가 끝났다는 메시지를 받으면 commit phase가 끝난다.

위의 과정을 거쳐 2PC가 진행된다. 앞서 말했듯이 2PC는 괜찮은 resilience를 보이면서, 성능도 나쁘지 않기 때문에 많이 사용된다. 특히 atomic commit을 지원하는 프로토콜 중에서는 가장 적은 메시지 수로 commit 될 수 있는 프로토콜이다.

하지만 2PC에는 심각한 문제가 하나 있다. 2PC는 VOTE 메시지를 보낸 coordinator가 죽어서 COMMIT이나 ROLLBACK 메시지를 보내지 못하면 YES 메시지를 보낸 cohort가 안전하게 상태를 회복할 방법이 없다. 이는 YES 메시지를 보낸 cohort의 상태가 undefined이기 때문이다. 이에 관해서는 다음에 기회가 되면 three phase commit을 설명하면서 자세히 얘기하도록 하겠다.

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