3. 데이터베이스 시스템

데이터베이스의 원리와 응용

위 강의와 데이터베이스 개론(2019, 김연희 지음) 책을 바탕으로 작성하는 글입니다.

 

 

 

데이터베이스 시스템의 정의

데이터베이스 시스템(DBS; DataBase System)

• 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 이를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템

 

데이터베이스의 구조

스키마와 인스턴스

• 스키마(schema)
  • 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것 (잘 안 바뀜)
• 인스턴스(instance)
  • 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값 (계속 변함)

데이터베이스 사례

출처 - 데이터베이스의 원리와 응용(kocw)

• Employee : 테이블
  • 스키마
    • eNo (INT)
    • name (CHAR)
    • ssn (CHAR)
    • salary (INT)
    • dept (INT)
  • 인스턴스
    • eNo에서의 1, 2, ...
    • name에서의 Smith, Joseph ...
    • ssn에서의 111-11-1111, ...
    • salary에서의 40000, ...
    • dept에서의 3, 2, ...

 

3단계 데이터베이스 구조

3-level Database Architecture

• 데이터베이스를 쉽게 이해하고 이용할 수 있도록 하나의 데이터베이스를 관점에 따라 세 단계로 나눈 것
  • 외부 단계(external level) : 개별 사용자 관점
    • 데이터베이스를 개별 사용자 관점에서 이해하고 표현하는 단계
    • 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의 → 외부 스키마(external schema)
      • 외부 스키마는 전체 데이터베이스 중 사용자가 관심을 가지는 일부분으로 볼 수 있어서 서브 스키마(sub schema)라고도 함
      • 데이터베이스 하나에 외부 스키마가 여러 개 존재할 수 있음
        • 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습, 즉 논리적 구조로 사용자마다 다름
  • 개념 단계(conceptural level) : 조직 전체의 관점
    • 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현하는 단계 
    • 개념 단계에서는 데이터베이스 관리 시스템이나 관리자의 관점에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의 → 개념 스키마(conceptual schema)
      • 데이터베이스 하나에 개념 스키마가 하나만 존재
      • 개념 스키마에 포함되는 것
        • 전체 데이터베이스에 어떤 데이터가 저장되는지에 대한 정의
        • 데이터들 간에 어떤 관계가 존재하는지, 어떤 제약 조건이 존재하는지에 대한 정의
        • 데이터에 대한 보안 정책, 접근 권한에 대한 정의
  • 내부 단계(internal level) : 물리적인 저장 장치의 관점
    • 데이터베이스를 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현하는 단계 
    • 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의 → 내부 스키마(internal schema)
      
      • 데이터베이스 하나에 내부 스키마가 하나만 존재함
      • 레코드 구조, 필드 크기, 레코드 접근 경로 등 물리적 저장 구조를 정의
• 각 단계별로 다른 추상화(abstraction) 제공
  • 내부 단계에서 외부 단계로 갈수록 추상화 레벨이 높아짐
• 예시
  • 아파트 - 데이터베이스
  • 집주인 관점 : 200호에 산다면 200호에 있는 데이터만 궁금 - 외부 단계
  • 관리인 관점 : 아파트 전체를 관리 - 개념 단계
  • 건설 업체 관점 : 아파트가 지어지기 이전에 집안, 뼈대 등을 어떻게 공사.. 운영 및 관리 - 내부 단계

출처 - 데이터베이스의 원리와 응용(kocw)

3단계 데이터베이스 구조의 사상 또는 매핑

• 스키마 사이의 대응 관계
  • 외부/개념 사상 : 외부 스키마와 개념 스키마의 대응 관계 - 응용 인터페이스(application interface)를 통해 대응 관계 형성
  • 개념/내부 사상 : 개념 스키마와 내부 스키마의 대응 관계 - 저장 인터페이스(storage interface)를 통해 대응 관계 형성
• 데이터베이스를 3단계 구조로 나누고 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 목적은 무엇일까? 
  • 데이터 독립성의 실현을 위해
  • 미리 정의된 사상 정보를 이용하여 사용자가 원하는 데이터에 접근하기 위해

데이터 독립성(date independency)

실제 데이터는 물리적 저장 장치에 저장된 데이터베이스에만 존재하므로 사용자가 자신의 외부 스키마를 통해 원하는 데이터를 얻으려면 내부 스키마에 따라 저장된 데이터베이스에 접근해야 한다. 그러므로 세 가지 스키마 사이에는 유기적인 대응관계가 성립해야 한다.

• 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성
• 논리적 데이터 독립성
  • 개념 스키마와 외부 스키마 간의 대응 관계(사상 또는 매핑(mapping))에서의 데이터 독립성 
    • 개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마는 영향을 받지 않음
    • 개념 스키마가 변경되면 관련된 외부/개념 사상만 정확히 수정해주면 됨
• 물리적 데이터 독립성
  • 개념 스키마와 내부 스키마 간의 대응 관계(사상 또는 매핑(mapping))에서의 데이터 독립성
    • 내부 스키마가 변경되어도 개념 스키마는 영향을 받지 않음
    • 내부 스키마가 변경되면 관련된 개념/내부 사상만 정확하게 수정해주면 됨
• 데이터베이스 관리 시스템은 미리 정의된 외부/개념 사상과 개념/내부 사상 정보를 이용해 사용자가 원하는 데이터에 접근 가능

데이터 사전(data dictionary)

• 시스템 카탈로그(system catalog)라고도 함
• 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보(메타 데이터)를 유지하는 시스템 데이터베이스
  • 메타 데이터(meta data) : 데이터에 대한 데이터
• 스키마, 사상 정보, 다양한 제약조건 등을 저장
• 사용자가 따로 정의를 하는 것이 아닌 데이터베이스 관리 시스템이 스스로 생성하고 유지함
• 일반 사용자도 접근이 가능하지만 저장된 내용을 검색만 할 수 있음

데이터 디렉터리(data directory)

• 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치 정보를 저장하는 시스템 데이터베이스
• 일반 사용자 접근 허용 X

사용자 데이터베이스(user database)

• 사용자가 실제로 이용하는 데이터가 저장되어 있는 일반 데이터베이스

 

데이터베이스 사용자

데이터베이스 사용자

• 데이터베이스를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람
• 이용 목적에 따라 데이터베이스 관리자, 최종 사용자, 응용 프로그래머로 구분
  • 데이터베이스 관리자 : 데이터베이스 시스템을 운영하고 관리
  • 최종 사용자(=일반 사용자) : 데이터베이스에 접근하여 데이터를 조작(삽입/삭제/수정/검색)
  • 응용 프로그래머 : 데이터 언어를 삽입하여 응용 프로그램을 작성

데이터베이스 관리자(DBA; DataBase Administrator)

• 주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 사용
• 주요 업무
  • 데이터베이스 구성 요소 선정
  • 데이터베이스 스키마 선정
  • 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정
  • 무결성 유지를 위한 제약조건 정의
  • 보안 및 접근 권한 정책 결정
  • 백업 및 회복 기법 정의
  • 시스템 데이터베이스 관리
  • 시스템 성능 감시 및 성능 분석
  • 데이터베이스 재구성

최종 사용자(end user)

• 주로 데이터 조작어를 사용
• 캐주얼 사용자와 초보 사용자로 구분

응용 프로그래머(application programmer)

• 주로 데이터 조작어를 사용

 

데이터 언어

데이터 언어

• 사용자와 데이터베이스 관리 시스템 간의 통신 수단
• 사용 목적에 따라 데이터 정의어, 데이터, 조작어, 데이터 제어어로 구분
  • 데이터 정의어(DDL) : 스키마를 정의/수정/삭제하기 위해서 사용
  • 데이터 조작어(DML) : 데이터의 삽입/수정/삭제/검색 등의 처리를 요구하기 위해서 사용
    
    • 절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 구분
      • 절차적 데이터 조작어(procedural DML)
        • 사용자가 어떤(what) 데이터를 원하고 그 데이터를 얻기 위해 어떻게(how) 처리해야 하는지 설명
        • (어떤 절차를 통해서 데이터 검색이 이루어지는지, 처리해야 하는지)
      • 비절차적 데이터 조작어(nonproceural DML)
        • 사용자가 어떤(what) 데이터를 원하는지만 설명
        • (어떤 절차가 먼저 이루어져야 하는지에 대해서는 명시할 필요 없음)
        • 선언적 언어(declarative language)라고도 함
        • SQL은 비절차적 언어
  • 데이터 제어어(DCL) : 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하기 위해서 사용
    • 사용목적
      • 무결성(integrity) : 정확하고 유요한 데이터만 유지
      • 보안(security) : 허가받지 않은 사용자의 데이터 접근 차단, 허가된 사용자에 권한 부여
      • 회복(recovery) : 장애가 발생해도 데이터 일관성 유지
      • 동시성 제어(concurrency) : 동시 공유 지원

SQL 명령어는 이전 포스팅 참고~

SQL 명령어

 

데이터베이스 관리 시스템의 구성

데이터베이스 관리 시스템

• 데이터베이스 관리와 사용자의 데이터 처리 요구 수행
• 주요 구성 요소
  • 질의 처리기(query processor)
  • 저장 데이터 관리자(stored data manager)

출처 - 데이터베이스의 원리와 응용(kocw)