[3강] 데이터베이스 시스템의 정의

1. 데이터베이스 시스템의 정의

1-1) 데이터베이스 시스템 (DBS; DataBase System)

• 데이터베이스에 데이터를 저장하고 이를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템

1-2) 데이터베이스 시스템 구성 요소

• 데이터베이스
• 데이터베이스 관리 시스템
• 스키마
• 데이터베이스 사용자
• 데이터베이스 언어

2. 데이터베이스 구조

2-1) 스키마와 인스턴스

🔹 스키마 (schema)

• 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약 조건을 정의한 것
• 데이터베이스를 설계, 디자인한것
• 화살표 → 참조 관계, 2개를 동시에 access해서 사용할 수 있는 참조 관계참조해오는것 → 외래 키 (다른 테이블에 있는것을 참조해올수도 있고 자기 자신에서도 참조 가능.. 한 테이블에 여러개의 외래 키가 존재할 수 있다.)
• 밑줄 → 기본 키 (필드 하나에만 설정, 테이블 안에 저장되는 키중에서 중복이 될 수 없는것)

🔹 인스턴스 (instance)

• 스키마에 따라서 데이터베이스에 실제로 저장된 값

2-2) 3단계 데이터베이스 구조

• 미국 표준화 기관인 ANSI/SPARC에서 제안
• 데이터를 쉽게 이해하고 이용할 수 있도록 하나의 데이터베이스를 관점에 따라서 나누 것
  1. 외부 단계(external level): 개별 사용자의 관점
  2. 개념 단계(conceptual level): 조직 전체의 관점
  3. 내부 단계(internal level): 저장 장치의 관점
• 각 단계별로 다른 추상화 (abstraction) 제공
  • 내부 단계에서 외부 단계로 갈수록 추상화 레벨이 높아짐

1. 외부 단계

• 데이터베이스를 개별 사용자 관점에서 이해하고 표현하는 단계
• 하나의 데이터베이스에 외부 스키마가 여러 개 존재할 수 있음
  • 외부 스키마 (external schema)
    • 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것
    • 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습, 즉 논리적 구조로 사용자마다 다름
    • 서브 스키마라고함
    • 관심을 가지는게 다르다….

2. 개념 단계

• 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현하는 단계
• 하나의 데이터베이스에는 하나의 개념 스키마가 존재한다.
  • 개념 스키마 (conceptual schema)
    • 개념 단계에는 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의한 것
    • 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습
    • 전체 데이터베이스에 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터들 간에는 어떤 관계가 존재하고 어떤 제약 조건이 있는지에 대한 정의 뿐만 아니라 데이터에 대한 보안 정책이나 접근 권한에 대한 정의도 포함

3. 내부 단계

• 데이터베이스를 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현하는 단계

• 하나의 데이터베이스에 내부 스키마가 하나만 존재함

  • 내부 스키마 (internal schema)
    • 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의한 것
    • 레코드 구조, 필드 크기, 레코드 접근 경로 등 물리적 저장 구조를 정의

• 논리적 독립성 (외부↔개념)

  • 필드명 변경 → 참조되는 값의 필드명만 바꿔주면 됨
  • 개념 스키마의 값이 바뀌어도 외부 스키마에 영향을 주지 않아

• 물리적 독립성 (개념↔내부)

  • 필드의 레코드 순서를 바꾼다고해서 DB의값이(개념스키마의 값이) 바뀌지 않음 4Byte→8Byte 막 이럴일없음
  • 따라서 내부 스키마와 개념 스키마는 물리적인 독립성이 존재한다.
  • 영향을 미치지 않음!

2-3) 3단계 데이터베이스 구조의 사상 또는 매핑

• 스키마 사이의 대응 관계
  • 외부/개념 사상: 외부 스키마와 개념 스키마의 대응 관계
    • 응용 인터페이스(application interface)라고도 함
  • 개념/내부 사상: 개념 스키마와 내부 스키마의 대응 관계
    • 저장 인터페이스 (storage interface)라고도 한다.
• 미리 정의된 사상 정보를 이용해 사용자가 원하는 데이터에 접근

💡

데이터베이스를 3단계 구조로 나누고 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 궁극적인 목적 → 데이터 독립성의 실현

2-4) 데이터 독립성과 종속성

데이터 종속성

• 응용 프로그램에 대한 데이터의 종속성
• 예) 파일 시스템
  • 응용 프로그램과 데이터가 상호 의존적
  • 데이터를 저장한 파일 구조가 변경되면 이에 대응하면 응용 프로그램도 변경되어야 함

데이터 독립성

• 데이터 구조가 변경되어도 응용 프로그램이 변경될 필요가 없음
• 논리적 독립성 + 물리적 독립성으로 실현됨

데이터 독립성이 유지되지 않으면?

• 데이터의 중복성 및 복잡도 증가
• 요구사항 대응 난이도 증가 → 데이터 유지보수 비용 증가

2-5) 데이터 독립성

• 하위 스키마를 변경하더라도 사우이 스키마가 영향을 받지 않는 특성

2-6) 데이터 사전

• 시스템 카탈로그(system catalog)라고도 함
• 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보, 즉 메타데이터를 유지하는 시스템 데이터베이스
  • 메타데이터: 데이터에 대한 데이터
  • 데이터 사전과 메타데이터는 다르다는 점을 기억해야 한다.ㅎ
• 스키마, 사상정보, 다양한 제약 조건 등을 저장
• 데이터베이스 관리 시스템이 스스로 생성하고 유지함
• 일반 사용자도 접근이 가능하지만 저장 내용을 검색만 할 수 있음

데이터 디렉토리 (data directory)

• 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는데 필요한 위치정보를 저장하는 시스템 데이터베이스
• 일반 사용자의 접근은 허용되지 않음

사용자 데이터베이스 (user database)

• 사용자가 실제로 이용하는 데이터가 저장되어있는 일반 데이터베이스

3. 데이터베이스 사용자

3-1) 데이터베이스 사용자

• 데이터베이스를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람
• 이용 목적에 따라 구분
  • 데이터베이스 관리자, 최종 사용자, 응용 프로그래머

3-2) 데이터베이스 관리자 (DBA; Database Administrator)

• 데이터베이스 시스템을 운영 및 관리하는 사람
• 주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용

3-3) 최종 사용자 (end user)

• 데이터베이스에 접근하여 데이터를 조작(삽입, 삭제, 수정, 검색)하는 사람
• 주로 데이터 조작어를 이용
• 캐주얼 사용자와 초보 사용자로 구분

3-4) 응용 프로그래머

• 데이터 언어를 사용하여 응용 프로그램을 작성하는 사람
• 주로 데이터 조작어를 이용

4. 데이터 언어

4-1) 데이터 언어

• 사용자와 데이터베이스 관리 시스템 간의 통신 수단
• 사용 목적에 따라 데이터 정의어, 데이터 조작어, 데이터 제어어로 구분

데이터 정의어(DDL; Data Definition Language)

• 스키마를 정의, 수정, 삭제
• CREATE, ALTER, DROP

데이터 조작어 (DML; Data Manipulation Language)

• 데이터의 삽입, 삭제, 수정, 검색 등의 처리를 요구하기 위해 사용 (인스턴스에 관한 내용이다)
• 절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 구분
  • 절차적 데이터 조작어 (procedural DML)
    • 사용자가 어떤 데이터를 원하고 그 데이터를 얻으려면 어떻게 처리해야하는지도 설명
  • 비절차적 데이터 조작어 (nonprocedutral DML)
    • 사용자가 어떤 데이터를 원하는지만 설명
    • 선언전 언어 (declarative language)라고도 함

데이터 제어어(DCL; Data Control Language)

• 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하기 위해 사용
• 사용 목적
  • 무결성: 정확하고 유효한 데이터만 유지
  • 보안: 허가받지 않은 사용자의 데이터 접근 차단, 허가된 사용자에게 권한 부여
  • 회복: 장애가 발생해도 데이터 일관성 유지
  • 동시성 제어: 데이터 동시 공유 지원

5. 데이터베이스 관리 시스템의 구성

5-1) 데이터 관리 시스템

데이터베이스 관리와 사용자의 데이터 처리 요구 수행

주요 구성 요소

• 질의 처리기 (query processor)
  • 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리
  • DDL 컴파일러, DML 프리 컴파일러, DML 컴파일러, 런타임 데이터베이스 처리기, 트랜잭션 관리 등을 포함
• 저장 데이터 관리자 (stored data manager)
  • 디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고 접근함