DB 중요 개념 정리

✅ 데이터베이스란?

• 여러 사람의 공유 목적으로 체계화해 통합, 관리되는 데이터의 집합
• 데이터 베이스를 사용하기 이전 : 파일 시스템을 이용해 관리
  → 데이터 종속성, 중복성, 무결성의 문제 발생

✅ 데이터베이스의 특징

1️⃣ 독립성(Data Independence)

• 논리적 독립성 : 응용 프로그램과 데이터베이스 간의 독립

  • 데이터의 논리적 구조를 변경시켜도 응용 프로그램의 논리적 구조는 변경되지 않음

• 물리적 독립성 : 응용 프로그램과 물리적 장치(ex. 보조기억장치 etc.)간의 독립

  • 데이터베이스 시스템의 성능 향상을 위한 새로운 디스크의 도입에도 응용 프로그램에 영향이 없음
  • 데이터의 물리적 구조만을 변경
  • 데이터베이스의 사이즈 변경 시 관련된 응용 프로그램의 수정이 필요 없음

• cf) 종속성(Data Dependency) : 응용 프로그램의 구조가 데이터의 구조에 영향을 받음

2️⃣ 무결성 (Data Integrity)

• 데이터의 삽입, 삭제, 갱신 등의 연산 후에도 데이터 베이스에 저장되어있는 데이터가 정해진 제약조건을 항상 만족해야 함
• 여러 경로를 통해 잘못된 데이터가 발생하는 경우를 방지하기 위한 목적
• 데이터의 유효성 검사

3️⃣ 일관성 (Data Consistency)

• 데이터베이스에 저장되어있는 데이터와 특정 질의에 대한 응답이 변함 없이 일정해야 하는 조건
• 관련있는 정보를 논리적인 구조로 관리하는 체계
• 데이터 변경 시 나머지 데이터와 일치하지 않는 불일치성의 배제를 위한 목적

4️⃣ 보안성 (Data Security)

• 데이터로의 접근 권한이 있는 사용자들만 접근할 수 있도록 설정

5️⃣ 중복성 (Data Redundancy)

• 같은 데이터의 중복 저장
• 데이터의 수정, 삭제가 필요할 경우 연결되어있는 모든 데이터를 수정 및 삭제해줘야 하는 문제점 존재
• 데이터의 통합 관리를 통해 데이터의 중복을 최소화할 것

✅ 데이터베이스 시스템의 목적

1️⃣ 기존 파일 시스템 사용 시

• 데이터의 중복 및 비일관성의 문제
• 데이터의 접근 및 검색의 비효율성
• 무결성 문제
• 보안 문제

2️⃣ 데이터베이스 시스템 사용 시

• DBMS를 사용한 요구 처리

• SQL을 사용한 데이터로의 접근

• 👍 Good

  • 데이터의 중복 최소화
  • 데이터의 일관성
  • 데이터의 물리적, 논리적 독립성
  • 데이터의 무결성 문제 해결
  • 데이터의 보안 문제 해결
  • 데이터의 통합 관리 및 실시간 처리 가능
  • 저장된 자료의 공동 이용 가능

• 👎 Bad

  • 전산화 비용의 증가
  • 대용량 디스크로의 집중적인 Access로 인한 Overhead 발생

✅ 인덱스(Index)

• Index == 색인

  • 데이터 == 책의 내용
  • 데이터가 저장된 레코드 주소 == 인덱스 목록에 있는 페이지 번호

• DBMS(DataBase Management System)은 항상 정렬된 상태 유지

  • 탐색에 효율적
  • 값의 추가, 삭제, 수정 비효율적

▶️ DBMS의 인덱스 자료구조

• B-Tree : 컬럼 값의 변형 없이 원래의 값을 이용해 인덱싱 하는 방법(일반적으로 사용되는 방법)
  - 한 노드 당 자식 노드가 2개 이상 가능
  - key 값을 이용해 데이터 찾음
  - 데이터 검색 속도가 일정함
  - 균형 트리
  - 브랜치 노드에 key, data를 담을 수 있음
  

• Hash : 컬럼의 값으로 해시 값을 계산해 인덱싱
  - 매우 빠른 검색 속도
  - 값을 변형해 인덱싱하기에 값의 일부만으로 검색할 때에는 사용할 수 없음
  - B-Tree보다 Hash가 효율적일 것 같으나 SELECT의 질의 조건에 부등호(< , >)도 포함됨
  → hash에서 등호(=) 연산이 아닌 부등호(< , >) 연산의 경우 문제 발생
  

✅ 데이터 베이스 언어

1️⃣ DDL(Data Definition Language) - 데이터 정의어

• 데이터베이스 객체의 구조를 정의하는 언어
  • 데이터베이스 객체 : ex) table, view, index...

명령어	기능
CREATE	테이블 생성
ALTER	테이블의 구조 수정
DROP	테이블 삭제
RENAME	테이블의 이름 변경
TRUNCATE	테이블의 초기화

2️⃣ DML(Data Manipulation Language) - 데이터 조작어

• 데이터베이스의 내부 데이터를 관리하기 위한 언어
• 데이터베이스 테이블의 레코드의 CRUD를 관리하는 언어 (create, read, update, delete)

명령어	기능
SELECT	데이터베이스 내에서 데이터 검색
INSERT	테이블에 데이터 추가
UPDATE	테이블 내에 존재하는 데이터 수정
DELETE	테이블에서 데이터 삭제

3️⃣ DCL(Data Control Language) - 데이터 제어어

• 데이터베이스 및 구조에 대한 접근 권한을 제어하는 언어 (권한 부여 or 박탈)
• 데이터 관리 목적으로 보안, 무결성, 회복, 병행 제어 등을 정의할 때 사용
• 트랜잭션의 명시 및 조작이 가능한 언어

명령어	기능
GRANT	권한 정의 시 사용
REVOKE	권한 삭제 시 사용

4️⃣ TCL(Transaction Control Language) - 트랜잭션 제어어

• DCL과 비슷한 맥락이나, 데이터 제어 언어가 아닌 트랜잭션을 제어하는 언어
• 논리적인 작업 단위를 묶어 DML 명령문으로 수행된 결과를 트랜잭션 별로 제어

명령어	기능
COMMIT	모든 작업을 정상적으로 처리
ROLLBACK	모든 작업을 다시 돌려 놓음
SAVEPOINT	Commit 전, 특정 시점까지만 반영 or Rollback

✅ 트랜잭션(Transaction)

• 데이터베이스의 상태를 변화시키기 위해 수행되는 작업의 논리적 단위
• 데이터베이스 작업의 완전성을 보장해주기 위한 수단
• 모두 완벽하게 처리되거나 처리하지 못할 경우 원상태로 복구해 작업의 일부만이 적용되는 현상을 방지하기 위한 기능

▶️ 트랜잭션의 특성 - ACID

• Atomicity (원자성) : 트랜잭션 중간에 어떤 문제가 발생하였을 때 아래의 상황에 따라 작업 내용의 반영 여부가 달라짐
  • 모두 성공할 경우 : 모두 반영됨
  • 하나라도 실패한 경우 : 모두 반영되지 않음
• Consistency (일관성) : 트랜잭션의 처리 결과는 항상 데이터의 일관성을 보장해야 함
• Isolation (고립성) : 둘 이상의 트랜잭션이 동시에 실행되고 있을 경우, 각 트랜잭션은 서로의 간섭 없이 독립적으로 수행됨
• Durability (지속성) : 트랜잭션이 정상적으로 종료된 뒤 영구적으로 데이터베이스 작업의 결과가 저장되어야 함

▶️ 트랜잭션의 5가지 상태

• Active : 트랜잭션이 현재 진행 중인 상태
• Failed : 트랜잭션이 실행되다가 오류가 발생해 중단된 상태
  • 트랜잭션이 더 이상 정상적으로 진행될 수 없는 상태
• Aborted : 트랜잭션이 비정상 종료되어 RollBack이 수행된 상태
  • 트랜잭션이 취소되어 트랜잭션 실행 이전 데이터로 돌아간 상태
• Partially Committed : 트랜잭션의 연산이 마지막까지 실행된 후 Commit되기 이전의 상태
  • 트랜잭션의 Commit 명령이 도착한 상태
  • 트랜잭션이 Commit되기 이전 sql문이 수행되고 Commit만 남은 상태
• Commited : 트랜잭션이 성공적으로 종료되어 Commit 연산을 실행한 후의 상태
  • 트랜잭션이 정상적으로 완료된 상태

▶️ 트랜잭션 vs Lock

• 트랜잭션 : 논리적인 작업 set 자체가 모두 반영되고나 아무 것도 적용되지 않아야 함을 보장하는 개념
• Lock : 여러 커넥션에서 동시에 동일한 자원을 요구할 때, 순서대로 한 시점에 하나의 커넥션만 변경할 수 있도록 하는 개념

✅ 교착상태 (DeadLock)

• 여러 개의 트랜잭션들이 실행하지 못하고 서로 무한정으로 대기하는 상태
• 데이터베이스 : 트랜잭션들의 동시성 제어를 위한 기법으로 Locking 사용
  

▶️ 교착상태 발생의 필요충분 조건

• 상호배제 : 한 번에 한 개의 프로세스만 자원을 사용할 수 있어야 함
• 점유와 대기 : 프로세스가 한개의 자원을 점유하고 있고, 추가적으로 다른 프로세스의 자원을 점유하기 위해서는 대기해야 함
• 비선점 : 점유된 자원을 강제로 해제될 수 없고, 프로세스가 자원의 사용을 자발적으로 해제하기 전까지 그 자원을 얻을 수 없음
• 환형 대기 : 자원과 자원을 사용하기 위해 대기하는 프로세스들이 원형으로 구성되어 있어 자신에게 할당된 자원을 점유하여 앞 또는 뒤에 있는 프로세스의 자원을 요구해야 함

▶️ 교착상태 해결 방법

• 교착상태 예방 : 필요충분 조건 중 한가지를 제거하여 교착상태가 발생하지 않도록 사전에 방지하는 방법
  • 자원 요청을 제한해 교착상태를 예방
  • 자원 낭비가 가장 심한 방법
• 교착상태 회피 : 교착상태가 발생할 가능성을 배제하지 않고 교착상태의 발생 시 적절히 피하는 방법
• 교착상태 탐지 : 교착상태의 발생을 점검해 교착상태에 있는 프로세스와 자원을 발견하는 방법

📌 참고 자료

• 데이터베이스 언어 참고 자료
• 데이터베이스 용어 참고 자료
• 데이터베이스 개념 참고 자료
• 교착상태 개념 참고 자료