[DB - 데이터베이스 개론] Chapter 03. 데이터베이스 시스템

목차

01. 데이터베이스 시스템의 정의

• 데이터베이스 : 데이터를 저장해두는 곳
• 데이터베이스 관리 시스템 : 데이터베이스에 저장된 데이터가 일관되고 무결한 상태로 유지되도록 관리하는 역할을 한다
• 데이터베이스 시스템 : 데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템을 이용해 조직에 필요한 정보를 제공해주는 전체 시스템

데이터베이스 시스템의 구성

 

02. 데이터베이스의 구조

1. 스키마(schema)

• 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것 
• 정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값이 인스턴스(instance)다.
• 보통 스키마는 한번 정의되면 자주 변경되지 않지만, 인스턴스는 계속 변하는 특성이 있다.

스키마의 예

 

2. 3단계 데이터베이스 구조

2.1 3단계 데이터베이스 구조의 개념

• 3단계 데이터베이스 구조는 하나의 데이터베이스를 세 단계로 나누어 이해한다.
• 개별 사용자 관점에서 바라보는 외부 단계(external level)
• 조직 전체의 관점에서 바라보는 개념 단계(conceptual level)
• 물리적인 저장 장치의 관점에서 바라보는 내부 단계(internal level)

 

2.2 외부 단계

• 개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현한다.
• 개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다르다.
• 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 외부 스키마라고 한다.
• 외부 스키마는 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적인 구조로, 사용자마다 다르다.
• 외부 스키마가 여러 개 존재할 수 있고, 외부 스키마 하나를 사용 목적이 같은 사용자들이 공유할 수 있다.
• 외부 스키마는 서브 스키마라고도 한다.

 

2.3 개념 단계

• 데이터베이스를 이용하는 사용자들의 관점을 통합하여, 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현한다. 
• 데이터베이스 관리 시스템이나 관리자의 관점에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의한다. 이를 개념 스키마라고 한다. 
• 개념 스키마는 전체 데이터베이스에 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터들 간에는 어떤 관계가 존재하고 어떤 제약조건이 있는지에 대한 정의뿐만 아니라, 데이터에 대한 보안 정책이나 접근 권한에 대한 정의도 포함한다. 하지만 데이터를 물리적으로 저장하는 방법이나 데이터 저장 장치와는 독립적이다.
• 데이터베이스 하나에는 개념 스키마가 하나만 존재하고, 각 사용자는 개념 스키마의 일부분을 사용한다. 

 

2.4 내부 단계

• 데이터베이스를 디스크나 테이프 같은 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현한다.
• 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하며 이를 내부 스키마라고 한다.
• 파일에 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 레코드를 구성하는 필드의 크기, 인덱스를 이용한 레코드 접근 경로 등을 정의한다. 
• 내부 스키마는 하나의 데이터베이스에 하나만 존재한다.

3단계 데이터베이스 구조의 예

 

3. 데이터 독립성

• 하나의 데이터베이스에는 세 가지 유형의 스키마가 존재하지만, 각각의 스키마는 데이터베이스를 바라보는 관점이 다를 뿐 모두 같은 데이터베이스를 표현한다. 
• 자신의 외부 스키마를 통해 원하는 데이터를 얻으려면 내부 스키마에 따라 저장된 데이터베이스에 접근해야 한다. 그러므로 세 가지 스키마 사이에는 유기적인 대응 관계가 성립해야 한다.
• 스키마 사이의 대응 관계를 사상 또는 매핑(mapping)이라 한다. 
• 데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 궁극적인 목적은 데이터 독립성을 실현하기 위해서다. 
• 데이터 독립성은 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성이다. 
• 3단계 데이터베이스 구조에는 논리적 데이터 독립성과 물리적 데이터 독립성이 존재한다.

3단계 데이터베이스 구조에서 스키마 간의 사상

3.1 논리적 데이터 독립성

• 개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것을 말한다. 
• 개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마가 영향을 받지 않는다는 것은 결국 외부 스키마의 사용자가 전체 데이터베이스의 논리적 구조가 변경되었다는 사실을 알 필요가 없음을 의미한다. 
• 개념 스키마에 새로운 내용이 추가되거나 기존 내용이 삭제되는 경우에도 외부 스키마는 영향을 받지 않는다. 

 

3.2 물리적 데이터 독립성

• 내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것을 말한다. 결과적으로 외부 스키마도 영향을 받지 않는다. 
• 내부 스키마에 새로운 인덱스가 추가 되거나 기존 인덱스가 삭제되는 경우에도 개념 스키마는 영향을 받지 않는다. 

 

4. 데이터 사전

• 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 곳을 의미한다. 
• 시스템 카탈로그 또는 메타 데이터라고도 불린다. 
• 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 정확하고 효율적으로 이용하기 위해 참고해야 되는 스키마, 사상 정보, 다양한 제약조건 등을 저장하고 있다. 
• 데이터 사전은 데이터베이스 관리 시스템이 스스로 생성하고 유지하는 것으로, DBMS가 주로 접근하지만 일반 사용자도 접근할 수 있다.
• 하지만, DBMS는 사전에 내용을 새로 추가하거나 수정할 수 있는 반면, 사용자는 저장 내용을 검색만 할 수 있다. 
• 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치 정보는 데이터 디렉터리에서 관리한다. 
• 데이터 사전은 사용자가 접근할 수 있고 데이터 디렉터리는 시스템만 접근할 수 있다. 

 

03. 데이터베이스 사용자

 

데이터베이스 사용자

1. 데이터베이스 관리자 (DBA : DataBase Administrator)

• 데이터베이스 시스템을 운영&관리한다. 
• 조직 내의 사용자를 위해 데이터베이스를 설계 및 구축하고, 제대로 서비스할 수 있도록 데이터베이스를 제어한다.
• 주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용해 데이터베이스에 접근한다. 
• 주요 업무는 다음과 같다.

      (1) 데이터베이스 구성 요소 선정

      (2) 데이터베이스 스키마 정의

      (3) 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정

      (4) 무결성 유지를 위한 제약조건 정의 

      (5) 보안 및 접근 권한 정책 결정

      (6) 백업 및 회복 기법 정의

      (7) 시스템 데이터베이스 관리

      (8) 시스템 성능 감시 및 성능 분석

      (9) 데이터베이스 재구성

 

2. 최종 사용자

• 데이터를 조작(삽입, 삭제, 수정, 검색)하기 위해 데이터베이스에 접근하는 사람들을 말한다.
• 주로 데이터 조작어를 사용한다.

 

3. 응용 프로그래머

• 프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입하는 사용자다. 
• 주로 데이터 조작어를 삽입한다. 
• 최종 사용자는 응용 프로그래머가 작성한 응용 프로그램을 이용해 데이터베이스에 접근할 수 있다. 

 

04. 데이터 언어

 데이터 언어는 사용자가 데이터베이스를 구축하고 이에 접근하기 위해 데이터베이스 관리 시스템과 통신하는 수단이다. 사용 목적에 따라 데이터 정의어, 데이터 조작어, 데이터 제어어로 나눈다. 

데이터 언어의 종류와 용도

 

1. 데이터 정의어 (DDL : Data Definition Language)

• 새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어다. 
• 데이터 정의어로 정의된 스키마는 데이터 사전에 저장되고, 삭제나 수정이 발생하면 이 내용도 데이터 사전에 반영된다. 

 

2. 데이터 조작어 (DML : Data Manipulation Language)

• 사용자가 데이터의 삽입, 삭제, 수정, 검색 등의 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어다. 
• 스키마에 따라 조직에 필요한 실제 데이터 값(인스턴스)이 저장되는데, 사용자가 실제 데이터 값을 활용하기 위해 사용하는 것이 데이터 조작어다. 
• 설명 방식에 따라 절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 나눈다. 
• 절차적 데이터 조작어 (procedural DML)
  -> 사용자가 어떤(what) 데이터를 원하고 해당 데이터를 얻으려면 어떻게(how) 처리해야 하는지를 설명한다.
• 비절차적 데이터 조작어 (nonprocedural DML)
  -> 사용자가 어떤(what) 데이터를 원하는지만 설명한다. 어떤 데이터를 원하는지만 DBMS에 선언하는 방식이기 때문에 선언적 언어라고도 한다. 

 

3. 데이터 제어어 (DCL : Data Control Language)

• 데이터베이스에 저장된 데이터를 여러 사용자가 무결성과 일관성을 유지하며 문제없이 공유할 수 있도록, 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는 데 사용하는 데이터 언어다. 
• 사용자는 데이터베이스를 올바르게 관리하기 위해 필요한 규칙과 기법을 데이터 제어어를 이용해 데이터베이스 관리 시스템에 설명한다. 
• 데이터 제어어를 이용해 규칙이나 기법을 정의하는 이유는 다음과 같은 특성을 보장하기 위해서다.
  • 무결성(integrity) : 데이터베이스에 정확하고 유효한 데이터만 유지한다.
  • 보안(security) : 허가받지 않는 사용자가 데이터에 접근하는 것을 차단하거나, 허가된 사용자가 접근 권한이 있는 데이터에만 접근할 수 있게 한다. 
  • 회복(recovery) : 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지한다.
  • 동시성(continuous) : 여러 사용자가 같은 데이터에 동시에 접근하여 처리할 수 있게 한다. 

 

05. 데이터베이스 관리 시스템의 구성

 DBMS는 사용자와 데이터베이스 사이에 위치하며, 기능에 따라 크게 질의 처리기와 저장 데이터 관리자로 구분할 수 있다.

 

데이터베이스 관리 시스템의 구성

 

1. 질의 처리기(query processor)

 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할을 담당하고, 다음과 같은 주요 구성 요소들을 포함한다.

• DDL 컴파일러 : 데이터 정의어로 작성된 스키마의 정의를 해석한다. 저장 데이터 관리자의 도움을 받아 새로운 데이터베이스를 구축하고, 스키마의 정의를 데이터 사전에 저장한다. 기존 스키마의 삭제나 수정 요청도 처리하여, 변경된 내용을 데이터 사전에 적용한다. 
  
  
• DML 프리 컴파일러 : 응용 프로그램에 삽입된 데이터 조작어를 추출하여 DML 컴파일러에 전달한다. 
  
  
• DML 컴파일러 : 데이터 조작어로 작성된 데이터의 처리(삽입, 삭제, 수정, 검색) 요구를 분석하여 런타임 데이터베이스 처리기가 이해할 수 있도록 해석한다.
  
  
• 런타임 데이터베이스 처리기 : 저장 데이터 관리자를 통해 데이터베이스에 접근하여, DML 컴파일러로부터 전달받은 데이터 처리 요구를 데이터베이스에 실제로 실행한다. 
  
  
• 트랜잭션 관리자 : 데이터베이스에 접근하는 과정에서 사용자의 접근 권한이 유효한지를 검사하고, 데이터베이스 무결성을 유지하기 위한 제약조건 위반 여부를 확인한다. 회복이나 병행 수행과 관련된 작업도 담당한다. 

 

2. 저장 데이터 관리자(stored data manager)

• 디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 여기에 실제로 접근하는 역할을 담당한다. 운영체제의 도움을 받아 데이터베이스에 대한 접근을 수행한다.

 

Reference

데이터베이스 개론 - 교보문고