면접 대비 예상 질문 (Database & 운영체제 일부)

24.01.03 일자로 진행된 면접 스터디에서 나왔던 내용을 아카이빙하기 위한 문서입니다. 

운영체제

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1. 레지스터와 CPU 캐시를 비교해주세요.

레지스터는 CPU 내에 존재하는 일종의 저장 공간으로, 컴퓨터를 구성하는 모든 저장 공간들 중 가장 빠른 속도를 자랑하나 반대급부로 용량이 가장 작다. 레지스터에는 현재 CPU가 실시간으로 수행 중인 연산에 직접적으로 필요한 데이터들이 저장된다. 가장 빈번하게 조회되는 데이터이기 때문에 가장 가깝고 가장 빠른 곳에 적재되는 형태이다. 또한 운영체제에 일반적으로 표기되는 32비트나 64비트의 숫자는 레지스터의 크기이고 이 크기가 커질 수록 연산 속도가 빨라진다.

 

CPU 캐시는 레지스터와 마찬가지로 CPU 내 존재하는 저장 공간이지만, 레지스터보다는 느리고 대신 크기가 더 크다. 다만 레지스터에 비교했을 때 더 느린 것이지 CPU 캐시는 기본적으로 S-RAM으로 구성되기 때문에 D-RAM을 사용하는 일반 메모리에 비하면 성능적으로 훨씬 우월하다. CPU 캐시는 다시 L1, L2, L3 등으로 나뉘고 숫자가 커질수록 성능은 감소하지만 용량이 커진다. CPU 캐시는 일반 메모리에 존재하는 데이터들 중 가장 자주 사용되는 데이터들을 적재하여 성능을 개선하기 위한 용도로 사용된다.

2. 프로세스 주소 공간 내 코드 영역은 불변성을 보장되어야 하는데 OS 레벨에서 이를 어떻게 보장하는지 설명해주세요.

MMU가 해당 역할을 수행한다. MMU는 이 뿐만 아니라 가상 메모리와 실제 메모리 간 매핑을 지원하고, 프로세스가 각자 할당된 주소 공간을 넘어서 다른 프로세스의 메모리를 침범하려고 할 때 예외를 발생시키는 역할을 수행한다.

 

Database

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1. 키의 의미와 종류에 대해 설명해주세요.

데이터베이스에서 키란 튜플을 식별할 수 있는 속성 혹은 속성들의 조합을 의미한다.

이 때 키가 유일성을 만족하면 슈퍼키가 되고, 유일성과 최소성을 모두 만족하면 이는 후보키가 된다.

후보키 중 하나를 선택하여 기본키로 사용할 수 있으며, 이 때 다른 나머지 후보키들은 대체키가 된다. 기본키는 NULL 값을 가질 수 없으며, 중복 값을 가질 수도 없다. 이를 개체무결성이라고 한다.

키의 종류 중엔 외래키도 존재하는데, 이는 테이블(릴레이션) 간 관계를 표현하기 위한 수단으로 사용된다. 특정 테이블 내에 존재하는 외래키는 해당 테이블이 참조하는 다른 테이블의 기본키를 가져와서 사용하는데, 이로 인해 해당 테이블 내 외래키 칼럼은 참조 테이블의 기본키 칼럼에 없는 값을 사용할 수 없다. 이를 참조무결성이라고 한다.

2. 인덱스란 무엇인지 설명해주세요.

인덱스란 특정 테이블 내 검색 성능 향상을 목적으로 유지하는 자료구조이다. 

일반적으로 B-Tree 계열 자료구조를 사용하고 실제로 가장 많이 사용되는 것은 B*Tree라고 한다.

인덱스를 적절히 활용할 경우 검색 성능에 이점을 챙길 수 있지만 추가적인 저장 공간이 필요하다는 점과, DML 실행 시 인덱스의 정렬 구조를 유지하기 위한 추가적인 비용이 든다는 단점도 존재한다.

3. 트랜잭션의 정의와 ACID에 대해 설명해주세요.

트랜잭션이란 데이터베이스와 수행하는 상호작용의 단위이다. ACID란 트랜잭션의 성질을 나타내는 4가지 단어의 앞글자만을 따서 만든 말이다. 이들은 각각 원자성(Atomicity), 일관성(Consistency), 독립성(Isolation), 지속성(Durability)을 의미한다.

원자성이란, 하나의 트랜잭션에서 수행되는 작업의 결과는 All or Nothing이어야 한다는 것이다. 

일관성이란, 트랜잭션 실행 전후로 데이터베이스가 일관되게 유효한 상태여야 한다는 성질이다.

독립성이란, 특정 트랜잭션이 실행되는 와중에 다른 트랜잭션이 이에 끼어들 수 없는 성질을 의미한다.

지속성이란, 트랜잭션에 의해 변경된 결과는 데이터베이스 내에서 지속해서 관리되어야 한다는 성질이다.

4. 트랜잭션 격리수준에 대한 설명과 각 격리수준에서 발생할 수 있는 문제를 설명해주세요.

트랜잭션 격리수준은 낮은 격리수준 순서대로 READ UNCOMMITED, READ COMMITED, REPEATABLE READ, SERIALIZABLE이 존재한다. 

가장 낮은 격리수준인 READ UNCOMMITED는 각 트랜잭션들이 작업 중인 내용들이 모두 다른 트랜잭션에서 조회가 가능하다. 이로 인해 아직 커밋되지 않은 내용이 조회가 되는 Dirty Read 문제가 발생한다. 또한 다른 트랜잭션에서 수정한 내용이 도중에 커밋되어 반복적인 SELECT 문의 결과가 달라지게 되는 Non-Repeatable Read 문제도 발생한다. 마지막으로 다른 트랜잭션에서 수행한 데이터 추가 작업으로 인해 마찬가지로 반복적인 SELECT 문에서 없던 레코드가 조회되는 현상인 Phantom Read 문제도 발생한다.

두번째 격리수준인 READ COMMITED는 각 트랜잭션이 테이블 내 커밋된 내용만을 읽어내는 격리수준이다. 커밋된 내용만을 읽기 때문에 Dirty Read 문제는 발생하지 않지만, Non-Repeatable Read와 Phantom Read 문제는 여전히 발생한다.

세번째 격리수준인 REPEATABLE READ는 하위 격리수준에서 발생하던 Non-Repeatable Read 문제가 해결된다. 이를 위해 해당 격리수준에서는 MVCC를 이용한 스냅샷을 관리하게 된다. 만약 이미 커밋이 되었더라도 자신보다 트랜잭션 ID가 큰 변경 사항이 있다면, 이를 언두 로그에 유지하고 데이터를 읽을 때는 자신보다 트랜잭션 ID가 작은 트랜잭션에서 커밋한 내용만을 읽게하여 문제를 해결한다. 다만 해당 격리수준에서도 Phantom Read는 발생할 수 있다.

마지막 격리수준인 SERIALIZABLE은 위에서 언급한 모든 문제가 방지되는 격리수준이다. 하지만 이를 위해 동시성을 많이 희생하기 때문에 일반적으로 잘 사용되지 않는 방식이다.