01 데이터베이스 시스템의 정의
데이터베이스 시스템(DBS : DataBase System) : 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템. 다양한 목적의 정보 처리 시스템을 구축하는 데 필요한 핵심 요소. 데이터베이스와 데이터 관리 시스템 외에도 사용자, 사용자가 데이터베이스에 접근할 때 사용하는 데이터 언어, 데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템을 설치하고 데이터 처리 연산을 담당하는 컴퓨터로 구성. (빨간글씨 : DBS의 구성 요소 5가지)
* 데이터베이스 : 저장된 데이터의 집합
* 데이터베이스 관리 시스템 : 데이터베이스에 저장된 데이터가 일관되고 무결한 상태로 유지되도록 관리
(의미가 헷갈리지 않도록 주의하자!)
02 데이터베이스의 구조
1) 스키마
-스키마(schema) : 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것
-인스턴스(instance) : 정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값
=> 스키마는 한 번 정의되면 자주 변경되지 않지만, 인스턴스는 계속 변하는 특징이 있음.
-> 고객과 관련된 데이터인 고객번호, 이름, 나이, 주소를 저장한다고 가정. 고객번호는 정수로, 이름은 최대 10자의 문자열로, 나이는 정수로, 주소는 최대 20자의 문자열만 허용하기로 했다면 이 모든 정해진 내용이 스키마임.
2) 3단계 데이터베이스 구조
2-1. 3단계 데이터베이스 구조의 개념
데이터베이스 하나를 세 단계로 나누고, 각 단계별로 다른 추상화를 제공하면 데이터베이스를 효과적으로 관리할 수 있음. 일반적으로 내부 단계에서 외부 단계로 갈수록 추상화 레벨이 높아짐.
- 개별 사용자 관점에서 바라보는 외부 단계(external leval)
- 조직 전체의 관점에서 바라보는 개념 단계(conceptual level)
- 물리적인 저장 장치의 관점에서 바라보는 내부 단계(internal level)
-> 각 세대의 주민들은 자기 집에만 관심을 구면 되지 굳이 다른 집까지 알 필요가 없음. 유선이와 명석이의 관점에서 아파트를 바라보는 것이 외부 단계. (집주인 관점→외부단계)
-> 아파트 관리인은 아파트를 문제없이 관리하려면 아파트 전체를 잘 알고 있어야 하는데, 이처럼 관리인 관점에서 전체 아파트를 바라보는 것이 개념 단계. (관리인 관점→개념단계)
-> 하지만 아파트 관리인은 아파트 뼈대, 즉 철근 콘크리트 구조가 어떻게 생겼는지, 시멘트를 얼마나 사용했는지 등은 잘 모름. 아파트를 건설한 업체 관점에서 전체 아파트를 바라보는 것이 내부 단계. (건설업체관점→내부 단계)
2-2. 외부 단계
외부 단계 : 개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현함. 개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다름. 이처럼 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 외부 스키마(external schema)라고 함.
외부 스키마는 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적인 구조로, 사용자마다 다름. 데이터 베이스 하나에는 외부 스키마가 여러 개 존재할 수 있고, 외부 스키마 하나를 사용 목적이 같은 사용자들이 공유할 수 있음. 외부 스키마는 전체 데이터베이스 중 사용자가 관심을 가지는 일부분으로 볼 수 있어 서브 스키마(sub schema)라고도 함.
2-3. 개념 단계
개념 단계 : 데이터베이스를 이용하는 사용자들의 관점을 통합하여, 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현함. 데이터베이스 관리 시스템이나 고나리자의 관점에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의함. 그리고 이를 개념 스키마(conceptual schema)라고 함.
개념 스키마는 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습이며, 모든 개별 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 하나로 합친 형태. 전체 데이터베이스에 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터들 간에는 어떤 관계가 존재하고 어떤 제약조건이 있는지에 대한 정의뿐만 아니라, 데이터에 대한 보안 정책이나 접근 권한에 대한 정의도 포함. 하지만, 데이터를 물리적으로 정하는 방법이나 데이터 저장 장치와는 독립적. 데이터베이스 하나에는 개념 스키마가 하나만 존재하고, 각 사용자는 개념 스키마의 일부분을 사용함.
즉, 외부 스키마는 개념 스키마를 기초로 하여 사용자의 이용 목적에 맞게 만들어짐. 일반적으로 스키마라고 하면 개념 스키마를 의미.
2-4. 내부 단계
내부 단계 : 데이터베이스를 디스크나 테이프 같은 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현함. 즉, 내부 단계에서는 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하며 내부 스키마(internal schema)라고 함.
데이터베이스는 저장 장치에 파일 형태로 저장되는데 내부 스키마는 파일에 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 레코드를 구성하는 필드의 크기, 인덱스를 이용한 레코드 접근 경로 등을 정의함.
내부 스키마는 데이터베이스의 개념 스키마에 대한 물리적인 저장 구조를 표현하므로 하나의 데이터베이스에 하나만 존재.
-> 외부 단계에는 고객 분석팀과 상품 배송팀 사용자가 존재. 두 사용자는 자신의 팀에 필요한 데이터로 구성된 외부 스키마를 각각 자기고 있음. 고객 분석팀은 상품을 구매한 고객의 성향을 분석하는 것이 주 업무이므로 고객의 성별·나이·직업 데이터를 필요로 함. 따라서 데이터베이스가 성별·나이·직업으로 구성되어 있다고 생각하고 다른 데이터에는 관심이 없음. 상품 배송팀은 고객에게 상품을 배송하는 업무를 담당하므로 데이터베이스가 고객번호·고객이름·주소·연락처로만 구성되어 있다고 생각함. 만약 고객 분석팀에 팀원이 여러 명이라면 팀원들은 성별·나이·직업으로 구성된 외부 스키마를 함께 사용할 것임. 외부 단계에서는 사용자별로 외부 스키마를 정의하여 불필요한 데이터 접근을 사전에 막아 보안 측면에서도 효과적임.
-> 개념 단계에는 고객 데이터베이스 전체에 대한 논리적 구조를 정의하는 개념 스키마가 하나 존재함. 개념 스키마는 고객 데이터베이스를 이용하는 모든 사용자에게 필요한 데이터를 종합하여 번호·이름·성별·나이·직업·주소·연락처로 데이터베이스를 구성하고, 각 데이터의 타입도 함께 정의함.
-> 내부 단계에는 고객 데이터베이스를 저장 장치에 저장하는 파일의 레코드 구조를 정의한 내부 스키마가 하나 존재함. 내부 스키마에 정의된 고객 레코드는 필드 7개로 구성되어 있고, 레코드 총 길이는 70바이트. 이 내부 스키마는 번호와 연락처 필드에 인덱스를 정의하고 있어, 번호나 연락처 필드의 값을 이용해 해당 고객 레코드에 빠르게 접근할 수 있음.
3) 데이터 독립성
스키마 사이의 대응 관계를 사상 또는 매핑이라고 함. 외부 스키마와 개념 스키마는 외부/개념 사상에 의해 대응되고, 개념 스키마와 내부 스키마는 개념/내부 사상에 의해 대응됨. 데이터베이스 관리 시스템은 미리 정의된 외부/개념 사상과 개념/내부 사상 정보를 이용해 사용자가 원하는 데이터에 접근할 수 있음.
데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 궁극적인 목적은 데이터 독립성을 실현하기 위해서임. 데이터 독립성은 데이터베이스 관리 시스템의 중요한 장점이자 데이터베이스 관리 시스템이 필요한 이유이기도 함. 데이터 독립성은 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성임. 3단계 데이터베이스 구조에는 논리적 데이터 독립성과 물리적 데이터 독립성이 존재.
3-1. 논리적 데이터 독립성
논리적 데이터 독립성은 개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것임. 그래서 전체 데이터베이스의 논리적인 구조가 변경되어도 관련된 외부/개념 사상 정보만 적절히 수정해주면 직접 관련이 없는 사용자를 위한 외부 스키마는 변경할 필요가 없음. 외부/개념 사상은 응용 인터페이스라고도 함.
위에 [3단계 데이터베이스 구조의 예] 그림의 개념 스키마에서 연락처 데이터의 이름이 전화번호로 바뀌는 경우, 상품 배송팀의 외부 스키마에 있는 연락처가 이후부터는 개념 스키마의 전화번호와 대응 관계에 있다고 외부/개념 사상만 정확히 수정해주면 됨. 그러면 상품 배송팀의 외부 스키마에 있는 연락처 데이터의 이름을 변경할 필요가 없고, 변경된 내용과 직접 관련이 없는 고객 분석팀의 외부 스키마도 변경할 필요가 없음. 개념 스키마에 새로운 내용이 추가되거나 기존 내용이 삭제되는 경우에도 외부 스키마는 영향을 받지 않음.
3-2. 물리적 데이터 독립성
물리적 데이터 독립성은 내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것임. 그래서 결과적으로는 외부 스키마도 영향을 받지 않음. 물리적 데이터 독립성이 실현되면 데이터베이스의 저장 구조가 변경되어도 관련된 개념/내부 사상 정보만 적절히 수정해주면 직접적으로 관련이 없는 데이터베이스의 논리적 구조는 영향을 받지 않음. 개념/내부 사상은 개념 스키마와 내부 스키마의 대응 관계를 정의한 것으로, 저장 인터페이스라고도 함.
위에 [3단계 데이터베이스 구조의 예] 그림의 내부 스키마에는 주소 다음에 연락처 필드가 저장되어 있는데 이 순서가 바뀌어도 두 필드와 관련된 개념/내부 사상 정보만 수정해주면 됨. 그러면 개념 스키마에는 변경할 내용이 없고 외부 스키마도 변경할 필요가 없음. 내부 스키마에 새로운 인덱스가 추가 되거나 기존 인덱스가 삭제되는 경우에도 개념 스키마는 영향을 받지 않음.
4) 데이터 사전
데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 곳을 데이터 사전(data divtionary) 또는 시스템 카탈로그(system catalog)라고 함. 데이터 사전은 일반 사전처럼 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 정확하고 효율적으로 이용하기 위해 참고해야 되는 스키마, 사상 정보, 다양한 제약조건 등을 저장하고 있음. 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보(데이터 사전 정보)이므로 데이터에 대한 데이터를 의미해 메타 데이터라고도 함.
03 데이터베이스 사용자
사용자는 데이터베이스를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람을 의미함. 이용 목적에 따라 크게 데이터베이스 관리자, 최종 사용자, 응용 프로그래머로 나눔.
1) 데이터베이스 관리자
데이터 관리자는 데이터베이스 시스템을 운영·관리함. 데이터베이스를 직접 활용하기보다는 조직 내의 사용자를 위해 데이터베이스를 설계 및 구축하고, 제대로 서비스할 수 있도록 데이터베이스를 제어함. 또한 데이터베이스 관리자는 데이터 언어 중 주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용해 데이터베이스에 접근함. 데이터베이스 관리자는 데이터베이스 운영·관리를 책임지므로 컴퓨터 시스템이나 데이터베이스와 관련해 지식과 경험을 많이 갖추고 있어야 함.
<데이터베이스 관리자의 주요 업무>
- 데이터베이스 구성 요소 선정
- 데이터베이스 스키마 정의
- 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
2) 최종 사용자
최종 사용자는 컴퓨터 시스템이나 데이터베이스에 관한 전문 지식을 꼭 갖출 필요는 없음. 데이터 정의어를 사용할 수도 있지만 주로 데이터 조작어를 사용. 최종 사용자는 캐주얼 사용자와 초보 사용자로 구분할 수 있음. 캐주얼 사용자는 데이터베이스에 대한 이론적 지식이 있으며, 주로 데이터 조작어를 이용해 원하는 데이터와 데이터에 대한 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 직접 설명함. 초보 사용자는 데이터베이스를 초보 수준으로 이용할 수 있어, 데이터 조작어로 자신의 요구를 직접 표현하기보다는 메뉴나 GUI 형태의 응용 프로그램을 통해 데이터베이스를 사용.
3) 응용 프로그래머
응용 프로그래머는 C언어, 자바 등과 같은 프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입하는 사용자임. 데이터 정의어를 삽입할 수도 있지만 주로 데이터 조작어를 삽입함.
04 데이터 언어
1) 데이터 정의어 (DLL : Data Definition Language)
데이터 정의어는 새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어. 즉, 새로 만들려는 데이터베이스의 스키마를 설명하거나 이미 정의된 스키마의 구조나 제약조건 등을 변경 또는 삭제하고 싶어 이를 데이터베이스 관리 시스템에 알릴 때 사용함. 데이터 정의어로 정의된 스키마는 데이터 사전에 저장되고, 삭제나 수정이 발생하면 이 내용도 데이터 사전에 반영됨. 데이터 사전에 저장된 스키마 정보는 사용자나 데이터베이스 관리 시스템이 필요할 때 참고할 수 있음.
2) 데이터 조작어 (DMS : Data Manipulation Language)
데이터 조작어는 사용자가 데이터의 삽입·삭제·수정·검색 등의 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어. 데이터 정의어를 이용해 스키마를 정의하면 스키마에 따라 조직에 필요한 실제 데이터 값(인스턴스)이 저장되는데, 사용자가 실제 데이터 값을 활용하기 위해 사용하는 것이 데이터 조작어임. 데이터 조작어는 설명 방식에 따라 절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 나눔.
- 절차적 데이터 조작어
: 사용자가 어떤 데이터를 원하고 해당 데이터를 얻으려면 어떻게 처리해야 하는지를 설명
- 비절차적 데이터 조작어
: 사용자가 어떤 데이터를 원하는지만 설명함. 즉, 해당 데이터를 얻으려면 어떻게 처리해야 하는지는 데이터베이스 관리 시스템에 맡김.
3) 데이터 제어어(DCL : Data Control Language)
데이터 제어어는 데이터베이스에 저장된 데이터를 여러 사용자가 무결성과 일관성을 유지하며 문제없이 공유할 수 있도록, 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는 데 사용하는 데이터.
<데이터 제어어를 이용해 규칙이나 기법을 정의하는 이유>
- 무결성 : 데이터베이스에 정확하고 유효한 데이터만 유지
- 보안 : 허가받지 않는 사용자가 데이터에 접근하는 것을 차단하거나, 허가된 사용자가 접근 권한이 있는 데이터에만 접근할 수 있게 함.
- 회복 : 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지
- 동시성 : 여러 사용자가 같은 데이터에 동시에 접근하여 처리할 수 있게 함.
05 데이터베이스 관리 시스템의 구성
1) 질의 처리기
질의 처리기는 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할을 담당
- DDL 컴파일러 : 데이터 정의어로 작성된 스키마의 정의를 해석. 그리고 저장 데이터 관리자의 도움을 받아 새로운 데이터베이스를 구축하고, 스키마의 정의를 데이터 사전에 저장. 데이터 정의어로 작성된 기존 스키마의 삭제나 수정 요청도 처리하여, 변경된 내용을 데이터 사전에 적용.
- DML 프리 컴파일러 : 응용 프로그램에 삽입된 데이터 조작어를 추출하여 DML 컴파일러에 전달함. 단, 데이터 조작어와 관련 없는 나머지 코드들은 해당 언어의 컴파일러에 보내짐.
- DML 컴파일러 : 데이터 조작어로 작성된 데이터의 처리(삽입·삭제·수정·검색) 요구를 분석하여 런타임 데이터베이스 처리기가 이해할 수 있도록 해석함.
- 런타임 데이터베이스 처리기 : 저장 데이터 관리자를 통해 데이터베이스에 접근하여, DML 컴파일러로부터 전달받은 데이터 처리 요구를 데이터베이스에서 실제로 실행함.
- 트랜잭션 관리자 : 데이터베이스에 접근하는 과정에서 사용자의 접근 권한이 유효한지를 검사하고, 데이터베이스 무결성을 유지하기 위한 제약조건 위반 여부를 확인함. 회복이나 병행 수행과 관련된 작업도 담당.
2) 저장 데이터 관리자
저장 데이터 관리자는 디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 여기에 실제로 접근하는 역할을 담당. 디스크에 저장된 데이터에 접근하는 것은 운영체제의 기본 기능이므로 저장 데이터 관리자는 운영체제의 도움을 받아 데이터베이스에 대한 접근을 수행.
[출처] : <도서> 데이터베이스개론 2판 / 김연희 지음 / 한빛 아카데미
'공부 > 데이터 베이스' 카테고리의 다른 글
| <핵심 데이터 모델링> - 논리 모델링 (0) | 2024.07.01 |
|---|---|
| <핵심 데이터 모델링> - 개념 모델링 (0) | 2024.07.01 |
| <핵심 데이터 모델링> - 데이터 모델링이란? (0) | 2024.07.01 |
| [데이터 베이스] 2장_데이터베이스 관리 시스템 (0) | 2021.10.07 |
| [데이터 베이스] 1장_데이터베이스 기본 개념 (0) | 2021.10.07 |
