Why use a Database ?

Prevalence of Databases (DBs)

• 성공적인 웹사이트에는 Powerful한 Database가 존재
• ex. UPS/Fedex tracking, Amazon's/eBay's websites, Google's search engine, ...

Data Management Example

Scenarios

• movie rental startup의 경우
• 고객들이 영화 DVD를 대여하고 각 영화마다의 DVD를 관리해야 함

Needs

• 어떤 DVD를 대여해갔는지 ?
• 연체된 DVD가 있는지 ?

Solution: A "File-based" System

• Edit rented.txt file
  
• Advantages ?
  • 사용의 편리함, record의 insert와 delete가 간단함

과연 Panacea(만병통치약)인가 ?

Complication: Queries ? (1/9)

Does not address needs

• Query1: What movies has "Gildong Hong" rented ?
  • Execute: Search for "Gildong Hong" or
    Search for ^\s+Customer:\s*Gildong\s+Hong\s*,\s+Rented:
• Query2: Are any disks overdue ?
  • Execute: HOW ?

Requirements

• Data와 Data Schema 사이의 정교한 query language가 필요
  

Complication: Integrity ? (2/9)

Lacks data integrity(무결성), consistency(일관성)

• Clerk misspell value/field
  Customer: Young Suk, Rented: Eraserhead, Deu: Sep. 3, 2020
• Inputs improper value, same value differently
  Customer: Young Suh, Rented: The Eraserhead, Due: Oct. 35, 2020
• Forgets/adds/reorders field
  Terms: weekly special Due: Sep. 3, 2020, Rented: Eraserhead

Requirements

• input으로 valid한 정보만을 수용하기 위해 enforce constraints(제약조건)
  

Complication: Update (3/9)

Add/delete/update fields in every record

• Record Store location
  Customer: Young Suh, Rented: WWE, Due: Sep. 3, 2020, Store: Bukgu
• Modify customer to first and last name
  First: Young, Last: Suh, Rented: WWE, Due: Sep. 3, 2020, Store: Bukgu

Add/delete/update new information collections

• customer.txt file to record information
  Customer: Young Suh, Phone: 557-3344

Requirements

• Data 구성 방식을 조작할 수 있는 능력
  

Complication: Multiple Users (4/9)

Two clerks edit rented.txt file at the same time

1) 철수 starts to edit rented.txt, reads it into memory.
2) 영희 starts to edit rented.txt.
3) 철수 adds a record.
4) 철수 saves rented.txt to disk.
5) 영희 saves rented.txt to disk.
=> 메모리 충돌로 인해 원하는 결과를 얻을 수 없음

• 위와 같이 비행기를 예매하는 상황에서, 한 자리에 대해 여러 명의 사용자가 예매를 원하는 경우가 생기면 충돌이 발생하고, 이를 통제할 수 있어야 함

Requirements

• Multiple readers & writers에 대한 support
• Data의 update는 serial order로 이루어져야 함
  

Complication: Crashes (5/9)

Crash during update may lead to inconsistent state

• 철수 makes 250 of 500 edits to change ‘Jane Doe’ to her preferred name ‘Jan Doe’.
• 철수가 저장하기 전, Windows, Linux는 충돌

Requirements

• all-or-none basis에 기초하여 update가 이루어져야 함(atomicity)
• commit or rollback 구현
  

Complication: Data Physically Separate (6/9)

Need

• want to infor Avengers' fans about the 'Avengers: End Game' movie.

Method

• customer.txt 는 customers의 address 저장
• mailing list 생성을 위해 rented.txt 와 MERGE 필요

Problems ?

• 위와 같은 merge를 수행하지 못하는 text editors의 문제
• 여러 명의 홍길동이 존재하는 경우 (중복 데이터)
• 몇몇 customers의 정보가 없는 경우

Requirements

• Unique하게 각 customer를 식별할 수 있어야 함
• Customer에 대한 정보의 확보를 확실히 해야 함
  

Complication: Security (7/9)

Customer가 해당 영화의 rented 횟수를 알고 싶은 경우

• rented.txt 에 대한 접근은 허용하지만, 그 중 customer field 는 허용하지 않아야 함
  • 이를 text editor에서 어떻게 처리할 지 ?

19세 미만의 clerk 경우, R-rated rentals에 대한 기록을 볼 수 없음

• 그렇다면 rental list 를 2개 둬야 하는지 ?

Requirements

• 어떤 information에 대해 누가 접근할 수 있는지 통제할 수 있는 능력
  

Complication: Efficiency (8/9)

customer list는 계속해서 증가

• rented.txt file의 크기가 증가
• 이에 따라 edit와 query의 속도가 감소

Requirements

• query 성능 향상을 위한 새로운 자료구조
• 속도 향상을 위해 자동으로 query를 수정하는 system
• 거대한 dataset을 통제하는 system의 능력
  

Complication: New Needs (9/9)

movie combination의 확률 계산

어떤 영화에 대해 더 많은 수량이 필요한가 ?

• 상점별 영화 대여 기록 시각화
  Requirements
• 요약 데이터 수집 및 분석, 트렌드 조사 및 예측
• 정교한 프로그램을 통한 Data 접근 지원
  

Limitations of File-based Systems

Program의 필수 구현 요소

• Security, Concurrency control(동시성 제어), Support for schema reorganization(스키마 재구성), Data structures for performance improvement(성능 향상을 위한 데이터 구조) ex. indexes(색인)