DB | 3. 데이터베이스 시스템 (part 1)

01 데이터베이스 시스템의 정의

데이터베이스 시스템은 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템을 의미한다. 즉, 데이터베이스와 DBMS를 이용해 조직에 필요한 정보를 제공해주는 시스템이다.

02 데이터베이스 구조

1. 스키마

스키마(schema)는 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약 조건을 정의한 것이다.

정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장되는 값을 인스턴스(instance)라고 한다.

2. 3단계 데이터베이스 구조

실제 데이터베이스의 구조는 복잡하지만 이를 간단하게 3단계로 나누어 볼 수 있다.

1. 외부 단계(External level)

   개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현한다.
   외부 단계에서는 개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가(논리적)를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다르다. 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 외부 스키마(external schema)라고 하며, 이는 사용자마다 다를 수 있다. 따라서 하나의 데이터베이스에 여러 개의 외부 스키마가 존재할 수 있으며 공유가 가능하다.

2. 개념 단계(Conceptual level)

   데이터베이스를 이용하는 사용자들의 관점을 통합하여, 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현한다. DBMS나 데이터베이스 관리자 관점에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적인 구조를 정의하고, 이를 개념 스키마(conceptual schema)라고 한다.

   개념 스키마는 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습이며, 모든 개별 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 하나로 합친 형태이다. 개념 스키마는 전체 데이터베이스에 어떤 데이터가 저장되어 있는지, 데이터들 간 어떤 관계가 존재하고 어떠한 제약 조건이 있는지에 대한 정의 뿐 아니라, 데이터에 대한 보안 정책이나 접근 권한에 대한 정의도 포함한다. 하지만 물리적인 저장방법이나 저장 장치와는 독립적이다.

   하나의 데이터베이스에는 하나의 개념 스키마만 존재하고, 각 사용자는 개념스키마의 일부분을 사용한다.
   즉, 외부 스키마는 개념 스키마를 기초로 하여 만들어진다.

3. 내부 단계(Internal level)

   데이터베이스를 저장하는 저장 장치 관점에서 이해하고 표현한다.
   즉, 내부 단계에서는 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하며 이를 내부 스키마(Internal schema)라고 한다.

   데이터베이스는 저장장치에 파일 형태로 저장되는데 내부 스키마는 파일에 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 레코드를 구성하는 필드의 크기, 인덱스를 이용한 레코드 접근 경로 등을 정의한다.

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

3. 데이터 독립성

하나의 데이터베이스에는 세 가지의 스키마가 존재하지만, 각각의 스키마는 데이터베이스를 바라보는 관점만 다를 뿐 모두 같은 데이터베이스를 표현한다.

실제 데이터는 물리적 저장장치에 저장된 데이터베이스에만 존재하므로 외부 스키마를 통해 원하는 데이터를 얻으려면 내부 스키마에 따라 저장된 데이터베이스에 접근해야 한다.
그러므로, 세 가지 스키마 사이에는 유기적인 대응관계가 성립해야 한다.

스키마 사이의 대응 관계를 사상 또는 매핑(mapping)이라고 한다.

데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 궁극적인 목적은 데이터 독립성(data independency)을 실현하기 위해서이다.

데이터 독립성은 하위 스키마를 변경하여도 상위 스키마에는 영향을 미치지 않는 특성을 말한다.
3단계 데이터베이스 구조에는 논리적 데이터 독립성과 물리적 데이터 독립성이 있다.

1. 논리적 데이터 독립성

   논리적 데이터 독립성은 개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마는 영향을 받지 않는 것이다.
   외부/개념 사상(매핑)은 외부 스키마와 개념 스키마의 대응 관계를 정의한 것으로, 응용 인터페이스(application interface)라고도 한다.

   이는 즉, 사용자가 데이터베이스의 논리적 구조가 변경되었다는 것을 알 필요가 없음을 의미한다.

2. 물리적 데이터 독립성

   물리적 데이터 독립성은 내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마는 영향을 받지 않는 것이다.
   이는 결과적으로 외부 스키마에도 영향을 주지 않는다.

   물리적 데이터 독립성이 실현되면 데이터베이스의 저장 구조가 변경되더라도 개념/내부 사상 정보만 적절히 수정해준다면 직접적으로 관련이 없는 데이터베이스의 논리적 구조는 영향을 받지 않는다.

4. 데이터 사전

데이터베이스를 올바르게 관리하고 운영하기 위해서는 스키마와 사상 정보(mapping information)같은 부가 정보도 함께 저장되어야 한다.

데이터베이스에 저장되는 데이터에 대한 정보를 저장하는 곳을 데이터 사전(data dictionary) 혹은 시스템 카탈로그(system catalog)라고 한다.

데이터베이스에 저장되는 데이터에 대한 정보이므로 데이터에 대한 데이터(data about data)를 의미해 메타데이터(metadata)라고도 한다.

데이터 사전도 데이터를 저장하는 데이터베이스의 일종이므로 시스템 데이터베이스(system database)라고도 한다. 데이터 사전은 주로 DBMS가 생성하고 관리한다.

데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치 정보는 데이터 디렉토리(data directory)라는 곳에서 관리한다.

reference. 데이터베이스개론, 김연희, 한빛아카데미