003 데이터베이스 시스템

01. 데이터베이스 시스템의 정의

데이터베이스 시스템(DBS : DataBase System) : 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템

 

02. 데이터베이스의 구조

 1. 스키마 : 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것 

정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값이 '인스턴스'

보통 스키마는 한번 정의되면 자주 변경되지 않지만, 인스턴스는 계속 변하는 특성이 있다.

 

 2. 3단계 데이터베이스 구조

 1) 3단계 데이터베이스 구조의 개념

- 개별 사용자 관점에서 보는 외부단계

- 조직 전체의 관점에서 바라보는 개념단계

- 물리적인 저장 장치의 관점에서 바라보는 내부단계

일반적으로 내부단계에서 외부단계로 갈수록 추상화 레벨이 높아진ㄷ나.

 

1)-1 외부단계

개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현한다.

하나의 데이터베이스를 조직 내의 사용자들이 함께 사용하지만 각 사용자가 데이터베이스 전체에 관심이 있는 것은 아니다.

이 단계에서는 개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다르다.

이처럼 외부단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 '외부 스키마'라 한다.

외부 스키마는 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적인 구조로 , 사용자마다 다르다.

 

하나의 데이터베이스에는 외부 스키마가 여러 개 존재할 수 있고, 외부 스키마 하나를 사용 목적이 같은 사용자들이 공유할 수 있다.

외부 스키마는 전체 데이터베이스 중 사용자가 관심을 가지는 일부분으로 볼 수 있어 '서브 스키마'라고도 한다.

 

1)-2 개념단계

데이터베이스를 이용하는 사용자드르이 관점을 통합하여, 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현한다.

이 단계에서는 데이터베이스 관리 시스템이나 관리자의 관점에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의한다. 이를 '개념 스키마'라 한다.

개념 스키마는 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습이며, 모든 개별 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 하나로 합친 형태다.

 

하나의 데이터베이스에는 개념 스키마가 하나만 존재하고, 각 사용자는 개념 스키마의 일부분을 사용한다. 즉, 외부 스키마는 개념 스키마를 기초로 하여 사용자의 이용 목적에 맞게 만들어진다. 일반적으로 스키마라고 하면 개념 스키마를 의미한다.

 

1)-3 내부단계

데이터베이스를 디스크나 테이프 같은 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현한다.

즉, 내부 단계에서는 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하며 이를 '내부 스키마'라고 한다.

 

내부 스키마는 데이터베이스의 개념 스키마에 대한 물리적인 저장 구조를 표현하므로 하나의 데이터베이스에 하나만 존재한다.

 

3. 데이터 독립성 

스키마 사이의 대응 관계를 사상 또는 매핑이라 한다.

외부 스키마와 개념 스키마는 외부/개념 사상(응용 인터페이스)에 의해 대응되고, 개념 스키마와 내부 스키마는 개념/내부 사상(저장 인터페이스)에 의해 대응된다.

데이터베이스 관리 시스템은 미리 정의된 외부/개념 사상과 개념/내부 사상 정보를 이용해 사용자가 원하는 데이터에 접근할 수 있다.

 

데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응관계를 정의하는 궁극적인 목적은 데이터 독립성을 실현하기 위해서다.

'데이터 독립성'은 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성이다. 

3단계 데이터베이스 구조에는 논리적 데이터 독립성과 물리적 데이터 독립성이 존재한다.

 

 3-1. 논리적 데이터 독립성

개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것이다. 이는 외부 스키마의 사용자가 전체 데이터베이스의 논리적 구조가 변경되었다는 사실을 알 필요가 없음을 의미한다.

 3-2. 물리적 데이터 독립성

내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것이다. 그래서 결과적으로 외부 스키마도 영향을 받지 않는다.

 

4. 데이터 사전(시스템 카탈로그)

데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 곳.

일반 사전처럼 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 정확하고 효율적으로 이용하기 위해 참고해야 되는 스키마, 사상 정보, 다양한 제약조건 등을 저장하고 있다.

데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보(데이터 사전 정보)이므로 데이터에 대한 데이터를 의미해 '메타 데이터'라고도 한다.

데이터 사전도 데이터를 저장하는 데이터베이스의 일종이므로 '시스템 데이터베이스'라고도 한다. 그리고 이와 구별하기 위해 사용자가 실제로 이용하는 데이터가 저장되는 일반 데이터베이스를 '사용자 데이터베이스'라 부르기도 한다.

데이터 사전은 데이터베이스 관리 시스템이 스스로 생성하고 유지하는 것으로, 데이터베이스 관리 시스템이 주로 접근하지만 일반 사용자도 접근할 수 있다. 단, 데이터베이스 관리 시스템이 데이터 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 디렉터리'라는 곳에서 관리한다. 데이터 사전과 데이터 디렉터리는 둘 다 시스템을 위한 데이터베이스라는 공통점이 있지만, 데이터 사전은 사용자가 접근할 수 있고 데이터 디렉터리는 시스템만 접근할 수 있다는 차이가 있다.

 

03. 데이터베이스 사용자

데이터베이스 시스템을 구성하는 또 하나의 중요 요소가 사용자다. 

'사용자'는 데이터베이스를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람을 의미한다. 

 1. 데이터베이스 관리자(DBA : DataBase Administrator)

데이터베이스 시스템을 운영ㆍ관리한다.

데이터 언어 중 주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용해 데이터베이스에 접근한다.

<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 

데이터를 조작(삽입ㆍ삭제ㆍ수정ㆍ검색)하기 위해 데이터베이스에 접근하는 사람들.

데이터 정의어를 사용할 수도 있지만 주로 데이터 조작어를 사용한다.

- 캐주얼 사용자

데이터베이스에 대한 이론적 지식이 있으며, 주로 데이터 조작어를 이용해 원하는 데이터와 데이터에 대한 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 직접 설명한다.

- 초보 사용자

데이터베이스를 초보 수준으로 이용할 수 있어, 데이터 조작어로 자신의 요구를 직접 표현하기보다는 메뉴나 GUI형태의 응용 프로그램을 통해 데이터베이스를 사용한다.

 

3. 응용 프로그래머

C언어, 자바 등과 같은 프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입하는 사용자다.

데이터 정의어를 삽입할 수도 있지만 주로 데이터 조작어를 삽입한다.

 

04. 데이터 언어

사용자가 데이터베이스를 구축하고 이에 접근하기 위해 데이터베이스 관리 시스템과 통신하는 수단이다.

 1. 데이터 정의어(DDL)

새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어다.

즉, 새로 만들려는 데이터베이스의 스키마를 설명하거나 이미 정의된 스키마의 구조나 제약조건 등을 변경 또는 삭제하고 싶어 이를 데이터베이스 관리 시스템에 알릴 때 사용한다.

 2. 데이터 조작어(DML)

사용자가 데이터의 삽입ㆍ삭제ㆍ수정ㆍ검색 등의 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어다.

데이터 정의어를 이용해 스키마를 정의하면 스키마에 따라 조직에 필요한 실제 데이터 값(인스턴스)이 저장되는데, 사용자가 실제 데이터 값을 활용하기 위해 사용하는 것이 데이터 조작어다.

<설명 방식에 따라 나뉨>

- 절차적 데이터 조작어

사용자가 어떤 데이터를 원하고 해당 데이터를 얻으려면 어떻게 처리해야 하는지를 구체적으로 설명한다.

- 비절차적 데이터 조작어(선언적 언어)

사용자가 어떤 데이터를 원하는지만 설명한다.

즉, 해당 데이터를 얻으려면 어떻게 처리해야 하는지는 데이터베이스 관리 시스템에 맡긴다.

 3. 데이터 제어어(DCL)

데이터베이스에 저장된 데이터를 여러 사용자가 무결성과 일관성을 유지하며 문제없이 공유할 수 있도록, 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는 데 사용하는 데이터 언어다.

데이터 제어어를 이용해 규칙이나 기법을 정의하는 이유는 다음과 같은 특성을 보장하기 위해서다. (이 특성들은 데이터베이스 관리 시스템의 장점이기도 하다.)

- 무결성 : 데이터베이스에 정확하고 유효한 데이터만 유지한다.

- 보안 : 허가받지 않는 사용자가 데이터에 접근하는 것을 차단하거나, 허가된 사용자가 접근 권한이 있는 데이터에만 접근할 수 있게 한다.

- 회복 : 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지한다.

- 동시성 : 여러 사용자가 같은 데이터에 동시에 접근하여 처리할 수 있게 한다.

 

05. 데이터베이스 관리 시스템의 구성

데이터베이스를 관리하고 사용자의 데이터 처리 요구를 수행하는 데이터베이스 관리 시스템은 데이터베이스 시스템의 주요 구성 요소다. 사용자와 데이터베이스 사이에 위차하며, 기능에 따라 크게 질의 처리기와 저장 데이터 관리자로 구분할 수 있다.

 1. 질의 처리기

사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할을 담당

<주요 구성 요소들을 포함>

- DDL 컴파일러 : 데이터 정의어로 작성된 스키마의 정의를 해석

- DML 프리 컴파일러 : 응용 프로그램에 삽입된 데이터 조작어를 추출하여 DML 컴파일러에 전달한다.

- DML 컴파일러 : 데이터 조작어로 작성된 데이터의 처리(삽입ㆍ삭제ㆍ수정ㆍ검색) 요구를 분석하여 런타임 데이터베이스 처리기가 이해할 수 있도록 해석한다.

- 런타임 데이터베이스 처리 : 저장 데이터 관리자를 통해 데이터베이스에 접근하여, DML 컴파일러로부터 전달받은 데이터 처리 요구를 데이터베이스에서 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

디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 여기에 실제로 접근하는 역할을 담당한다.

 

[참고] 데이터베이스 개론_한빛 아카데미