[#3] 데이터베이스 시스템

데이터베이스 시스템의 정의

데이터베이스 시스템

데이터베이스에 데이터를 저장하고, 이를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템

용어 정리

데이터베이스
- 데이터를 저장해두는 곳
데이터베이스 관리 시스템(DBMS)
- 데이터가 일관되고 무결한 상태로 유지되도록 관리하는 역할을 하는 시스템
데이터베이스 시스템
- 데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템을 이용해 조직에 필요한 정보를 제공해주는 전체 시스템

데이터베이스의 구조

스키마와 인스턴스

스키마 (schema)
- 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것
인스턴스 (instance)
- 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값

3단계 데이터베이스 구조

ANSI/SPARC에서 제안
데이터베이스를 쉽게 이해하고 이용할 수 있도록 하나의 데이터베이스를 관점에 따라 세 단계로 나눈 것
- 외부 단계 : 개별 사용자 관점
- 개념 단계 : 조직 전체의 관점
- 내부 단계 : 물리적인 저장 장치의 관점

외부 단계

데이터베이스를 개별 사용자 관점에서 이해하고 표현하는 단계
데이터베이스 하나에 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 스키마 (sub schema)라고도 함
i.e., Classnet DB
- 학교 DB(통합된 하나의 DB)를 사용하는 응용 프로그램은 여러개가 존재
- 프로그램마다 각각의 스키마가 존재 (이것이 외부 스키마)

개념 단계

데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현하는 단계
데이터베이스 하나에 개념 스키마는 하나만 존재

개념 스키마 (conceptual schema)

개념 단계에서 데이터베이스 전체의 논리적 구조를 정의한 것
조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습
i.e., 학교 DB
- 학교 DB는 통합되어있음
- 학교 DB 전체(개념 스키마)는 보안 등의 이유로 외부에 공개하지 않음
- 사용자별 맞춤으로 외부에 일부를 공개하는 것 = 외부 스키마

내부 단계

데이터베이스를 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현하는 단계
데이터베이스 하나에 내부 스키마는 하나만 존재

내부 스키마 (internal schema)

전체 데이터베이스가 저장 장치(Hard Disk 등)에 실제로 저장되는 방법을 정의한 것
레코드 구조, 필드 크기, 레코드 접근 경로 등 물리적 저장 구조를 정의

정리

3단계 데이터베이스 구조의 사상/매핑 (대응관계)

스키마 사이의 대응관계
- 외부 - 개념 매핑
  - 외부 스키마와 개념 스키마의 대응 관계
  - 응용 인터페이스 (application interface)라고도 함
- 개념 - 내부 매핑
  - 개념 스키마와 내부 스키마의 대응 관계
  - 저장 인터페이스 (storage interface)라고도 함
미리 정의된 매핑 정보를 이용하여 사용자가 원하는 데이터에 접근

데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며, 스키마 사이의 대응관계를 정의하여 데이터 독립성을 실현

데이터 독립성

하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성
논리적 데이터 독립성
- 개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마는 영향을 받지 않음
- 개념 스키마가 변경되면 관련된 외부/개념 매핑만 정확하게 수정해주면 됨
물리적 데이터 독립성
- 내부 스키마가 변경되어도 개념 스키마는 영향을 받지 않음
- 내부 스키마가 변경되면 개념/내부 매핑만 정확하게 수정해주면 됨

데이터 사전 (data dictionary)

시스템 카탈로그 (system catalog)라고도 함
데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보, 즉 메타 데이터를 유지하는 데이터베이스
- 메타 데이터: 데이터에 대한 데이터
스키마, 매핑 정보, 다양한 제약조건 등을 저장
데이터베이스 관리 시스템이 스스로 생성하고 유지함
일반 사용자도 접근 가능하지만 저장 내용의 검색만 가능

데이터 디렉토리 (data directory)

데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는데 필요한 위치정보가 저장된 데이터베이스
데이터 사전과 마찬가지로 시스템을 위한 데이터베이스지만 사용자가 접근할 수 없음

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(일반 사용자), 응용 프로그래머로 구분

데이터베이스 관리자(DBA: Database Administrator)

데이터베이스 시스템을 운영 및 관리하는 사람
주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용
주요 업무
- 데이터베이스 구성요소 선정
  - 사용자의 요구사항을 분석하여 데이터베이스를 구성할 데이터 결정
- 데이터베이스 스키마 정의
  - 선정된 데이터베이스의 구성 요소를 토대로 스키마를 설계, 이를 관리 시스템에 반영
- 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정
- 무결성 유지를 위한 제약조건 정의
- 보안 및 접근 권한 결정
- 백업 및 회복 기법 정의
- 시스템 데이터베이스 관리
- 시스템 성능 감시 및 성능 분석 (성능 개선: DB tuning)
  - 병목현상이 발생하지 않는지 확인, 시스템 자원의 활용도 분석
- 데이터베이스 재구성
  - 사용자의 요구 사항이나 사용 형태가 달라지면 그에 맞게 재구성이 필요

최종 사용자(end user)

데이터베이스에 접근하여 데이터를 조작 (삽입/삭제/수정/검색)하는 사람
직접 DB에 접근하며 SQL 등 직접 접근이 가능한 API 사용
주로 데이터 조작어(DML) 사용

응용 프로그래머 (application programmer)

데이터 언어를 삽입하여 응용 프로그램을 작성하는 사람
주로 데이터 조작어(DML)를 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: Data Definition Language)

스키마의 정의, 수정, 삭제를 위해 사용

데이터 조작어 (DML: Data Manipulation Language)

데이터의 삽입/삭제/수정/검색 등의 요청을 위해 사용
사용자가 실제 데이터 값을 활용하기 위해 사용
절차적 조작어와 비절차적 조작어로 구분됨
- 절차적 조작어: 사용자 본인이 얻고자 하는 데이터와 그 데이터의 얻으려면 어떻게 처리해야 하는지까지 작성한다
- 비절차적 조작어: 사용자 본인이 얻고자 하는 데이터만 작성한다

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: 동시 공유 지원

데이터베이스 관리 시스템의 구성

데이터베이스 관리 시스템

데이터베이스 관리와 사용자의 데이터 처리 요구 수행
주요 구성 요소
- 질의 처리기
- 저장 데이터 관리자

질의 처리기

사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할
주요 구성 요소
- DDL compiler
  - DDL로 작성된 스키마의 정의를 해석하고 저장 데이터 관리자의 도움을 받아 새로운 데이터베이스를 구축, 스키마의 정의를 데이터 사전에 저장
  - 데이터 정의어로 작성도니 기존 스키마의 삭제나 수정 요청 처리
- DML precompiler
  - 응용 프로그램 내의 DML을 추출하여 DML compiler에게 전달
- DML compiler
  - DML로 작성된 데이터의 처리를 런타임 데이터베이스 처리기가 이해할 수 있도록 해석
- 런타임 데이터베이스 처리기 (run-time database processor)
  - 전달받은 데이터 처리 요구를 데이터베이스에 실제로 반영
- 트랜잭션 관리자 (transaction manager)
  - 데이터베이스에 접근하는 과정에서 사용자의 접근 권한 유효성, 무결성 유지를 위한 제약조건 위배 여부 확인
  - 회복, 병행 수행 관련 작업 진행