분산 트랜잭션 프로토콜 (2PC, Paxos, Raft) 완벽 가이드

안녕하세요, 여러분! 😊
분산 시스템에서 여러 노드가 하나의 작업을 수행할 때, 데이터 정합성(Consistency)을 유지하는 것이 중요해요. 이를 위해 분산 트랜잭션 프로토콜이 사용되며, 대표적인 방법으로 2PC(Two-Phase Commit), Paxos, Raft가 있습니다. 이번 포스트에서는 각 프로토콜의 원리와 차이점을 자세히 알아볼게요! 🚀

• 분산 트랜잭션이란?
• 2PC (Two-Phase Commit)
• Paxos 알고리즘
• Raft 알고리즘
• 2PC vs Paxos vs Raft 비교
• 자주 묻는 질문 (FAQ)

그럼, 본격적으로 분산 트랜잭션이 무엇인지부터 하나씩 살펴볼까요? 😊

분산 트랜잭션이란?

분산 트랜잭션(Distributed Transaction)은 여러 노드(서버)가 동일한 트랜잭션을 처리할 때, 일관성을 유지하는 방법을 의미해요. 예를 들어, 온라인 뱅킹에서 A 계좌에서 B 계좌로 송금할 때, 두 계좌가 다른 데이터베이스에 있다면 어떻게 될까요? 한쪽 계좌에서 돈이 빠져나갔지만, 다른 쪽 계좌로 입금되지 않는다면? 😱

이러한 문제를 해결하기 위해 분산 트랜잭션 프로토콜이 필요합니다. 대표적인 방법으로 2PC(Two-Phase Commit), Paxos, Raft가 있으며, 각각의 동작 방식을 살펴볼게요!

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2PC (Two-Phase Commit)

2PC(2단계 커밋)은 분산 환경에서 트랜잭션을 조정하는 가장 기본적인 방법이에요. 두 개의 단계로 구성되어 있으며, Coordinator(조정자)와 여러 Participant(참여자)로 이루어집니다.

2PC는 다음 두 단계로 동작합니다:

1. Prepare 단계 - 조정자가 참여자들에게 트랜잭션을 수행할 준비가 되었는지 요청
2. Commit 단계 - 모든 참여자가 "OK" 응답을 보내면 커밋, 하나라도 실패하면 롤백

하지만, 2PC는 Coordinator가 장애가 나면 시스템이 멈출 수 있다는 단점이 있어요. 이를 개선하기 위해 Paxos와 Raft가 등장했습니다.

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Paxos 알고리즘

Paxos는 분산 시스템에서 합의(Consensus)를 이루는 강력한 알고리즘입니다. 노드들이 서로 합의를 하면서 하나의 값을 결정하는 방식이에요.

Paxos의 주요 역할:

• Proposer - 값을 제안하는 노드
• Acceptor - 제안을 수락하거나 거부하는 노드
• Learner - 최종 결정된 값을 학습하는 노드

Paxos는 안정적이지만, 구현이 매우 복잡하다는 단점이 있어요. 이를 단순화한 것이 Raft 알고리즘입니다.

Raft 알고리즘

Raft는 Paxos의 복잡성을 개선하여 쉽게 이해하고 구현할 수 있도록 만든 합의 알고리즘이에요. 특히, 리더 선출과 로그 복제를 직관적으로 설계하여, 실제 시스템에서 널리 사용됩니다.

Raft는 세 가지 주요 단계로 동작합니다:

1. 리더 선출 (Leader Election) - 노드들 중 하나가 리더로 선출
2. 로그 복제 (Log Replication) - 리더가 모든 팔로워 노드에 변경 사항을 전파
3. 안전한 합의 (Commit) - 과반수 이상의 노드가 승인하면 변경 사항을 반영

Raft는 Paxos보다 구현이 쉬우면서도 안정적이라는 장점이 있어요. Kubernetes의 etcd, Consul, HashiCorp Vault 등의 분산 시스템에서도 사용됩니다.

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2PC vs Paxos vs Raft 비교

그렇다면, 2PC, Paxos, Raft는 각각 어떤 차이가 있을까요? 아래 표에서 비교해볼게요! 📊

특징	2PC	Paxos	Raft
목적	트랜잭션 커밋	합의 알고리즘	합의 알고리즘 (Paxos 개선)
단계	2단계 (Prepare, Commit)	3단계 이상 (Propose, Accept, Learn)	3단계 (Leader Election, Log Replication, Commit)
복잡도	낮음	높음	중간
단점	Coordinator 장애 시 문제 발생	이해 및 구현이 어려움	리더 장애 시 지연 발생
사용 사례	데이터베이스 트랜잭션	Google Chubby, Zookeeper	Kubernetes (etcd), Consul

요약하자면, 트랜잭션 처리에는 2PC, 복잡한 분산 합의에는 Paxos, 그리고 Paxos보다 쉬운 합의 알고리즘이 필요한 경우 Raft를 선택하면 됩니다! 😊

자주 묻는 질문 (FAQ)

2PC는 왜 장애에 취약한가요?

2PC는 Coordinator(조정자)가 단일 장애점(Single Point of Failure)이기 때문이에요. 조정자가 장애가 발생하면 트랜잭션이 중단될 수 있습니다.

Paxos는 어디에서 주로 사용되나요?

Paxos는 Google Chubby, Apache Zookeeper, Amazon DynamoDB 등 대규모 분산 시스템에서 데이터 정합성을 유지하는 데 사용됩니다.

Raft는 왜 Paxos보다 많이 사용되나요?

Raft는 Paxos보다 이해하고 구현하기 쉽도록 설계되었어요. 예를 들어, Kubernetes의 etcd에서도 Raft를 사용합니다.

분산 트랜잭션에서 CAP 이론이 중요한 이유는?

CAP 이론에 따르면, Consistency(일관성), Availability(가용성), Partition Tolerance(분할 허용성)을 동시에 만족할 수 없기 때문에, 트랜잭션 시스템 설계 시 우선순위를 정해야 합니다.

2PC 대신 어떤 대안을 사용할 수 있나요?

3PC(Three-Phase Commit), Paxos, Raft 등을 사용할 수 있어요. 또는, Saga 패턴을 활용하여 분산 트랜잭션을 관리할 수도 있습니다.

마무리 인사

오늘은 분산 트랜잭션 프로토콜에 대해 깊이 있게 알아보았습니다! 2PC, Paxos, Raft 각각의 특징과 차이점을 이해하면, 안정적이고 확장 가능한 시스템을 설계하는 데 큰 도움이 될 거예요.

여러분은 어떤 분산 트랜잭션 기법을 사용하고 계신가요? 🤔 더 궁금한 점이 있다면, 댓글로 질문을 남겨 주세요! 소통하면서 더 깊이 있는 내용을 다뤄보면 좋겠네요! 💬

다음에도 유용한 기술 정보로 찾아올게요! 오늘도 즐거운 개발 되세요! 🚀

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2025.02.19 - [컴퓨터과학] - 분산 락 관리 (Zookeeper, etcd) 완벽 가이드

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