[데이터베이스 개론 3장] 데이터베이스 시스템

데이터베이스 시스템

데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템을 이용해 필요한 정보를 제공해주는 전체 시스템

데이터베이스 시스템의 구성 요소

사용자, 데이터 언어, 데이터베이스, 데이터베이스 관리 시스템, 컴퓨터

스키마(schema)

• 스키마 - 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의
• 인스턴스 - 정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값

스키마는 한번 정의되면 자주 변경되지 않으나, 인스턴스는 계속 변하는 특성 존재

3단계 데이터베이스 구조

• 개별 사용자 관점 - 외부 단계(external level)
• 조직 전체의 관점 - 개념 단계(conceptual level)
• 물리적인 저장 장치의 관점 - 내부 단계(internal level)

외부 단계

• 개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가를 표현 -> 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다름
• 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것 - 외부 스키마(서브 스키마)
• 데이터베이스 하나에 외부 스키마가 여러 개가 존재할 수 있고, 외부 스키마 하나를 목적이 같은 사용자들이 공유 가능

개념 단계

• 사용자들의 관점을 통합하여, 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현
• 개념 단계에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의한 것 - 개념 스키마
  개념 스키마 - 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습이며, 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터들 간의 관계, 제약조건, 데이터에 대한 보안 정책, 접근 권한에 대한 내용들 포함하지만 데이터를 물리적으로 저장하는 방법이나 데이터 저장 장치와는 독립적

  데이터베이스 하나에 개념 스키마는 하나만 존재
  일반적으로 스키마라고 언급하면 개념 스키마를 의미한다.

내부 단계

• 데이터베이스를 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현
• 내부 단계에서 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의한 것 - 내부 스키마
  내부 스키마 - 데이터베이스의 개념 스키마에 대한 물리적인 저장 구조를 표현한 것이며 하나만 존재

데이터 독립성

하나의 데이터베이스에는 3가지 유형의 스키마가 존재하나 각각의 스키마는 데이터베이스를 바라보는 관점이 다를 뿐 모두 같은 데이터베이스를 표현
스키마 사이의 대응 관계 - 사상, 매핑(mapping)
DBMS는 미리 정의된 매핑 정보를 이용하여 사용자가 원하는 데이터에 접근할 수 있음

3단계 데이터베이스 구조, 단계별 스키마 유지, 매핑을 정의하는 목적 ==> 데이터 독립성 실현

데이터 독립성은 DBMS의 중요한 장점이자 존재 의의이며, 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성
논리적 데이터 독립성(외부/개념), 물리적 데이터(개념/내부) 독립성 존재

• 논리적 데이터 독립성 - 개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것
  논리적인 구조가 변경되어도 관련된 매핑(응용 인터페이스)만 적절히 수정하면 외부 스키마 변경할 필요 없음
  => 외부 스키마의 사용자가 전체 데이터베이스의 논리적 구조가 변경되었다는 사실을 알 필요가 없음

• 물리적 데이터 독립성 - 내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것
  저장 구조가 변경되어도 매핑(저장 인터페이스)만 적절히 수정하면 논리적 구조는 영향을 받지 않음

데이터 사전

데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 장소
(다른 용어로는 시스템 카탈로그, 메타 데이터)
스키마와 사상 정보(매핑) 그리고 제약조건을 저장
일반 사용자도 접근할 수 있으나 저장 내용에 대한 검색만 가능

데이터 디렉터리 - 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치 정보 관리 (사용자 접근 불가)

데이터베이스 사용자

데이터베이스 사용자에는 데이터베이스 관리자, 최종 사용자, 응용 프로그래머가 존재

데이터베이스 관리자(DBA)

데이터베이스 시스템을 운영 및 관리하며, 조직 내의 사용자를 위해 데이터베이스를 설게 및 구축, 제대로 서비스할 수 있도록 데이터베이스를 제어, 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용해 데이터베이스에 접근
데이터베이스 운영,관리를 책임지므로 컴퓨터 시스템이나 데이터베이스와 관련해 많은 지식과 경험 필요

• 데이터베이스 구성 요소 선정 - 사용자의 요구 사항을 분석하여 데이터를 결정
• 데이터베이스 스키마 정의 - 구성 요소를 토대로 데이터베이스 스키마를 설계, 데이터 정의어를 이용해 설계한 스키마를 DBMS에 설명
• 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정 - 레코드 구조를 설계, 레코드 간의 저장 순서와 빠른 접근을 위한 인덱스를 만들 기준 필드 결정
• 무결성 유지를 위한 제약조건 정의 - 결함 없는 데이터만 저장할 수 있도록 규칙을 정의, 규칙에 따라 데이터베이스를 제어하여 데이터의 정확성, 유효성 유지
• 보안 및 접근 권한 정책 결정 - 비인가 사용자의 접근 방지, 인가된 사용자에게 적절한 권한을 부여하는 보안 정책 결정
• 백업 및 회복 기법 정의 - 장애에 대비하여 데이터베이스를 백업, 손상된 데이터베이스를 일관된 상태로 복구하는 방법을 정의
• 시스템 데이터베이스 관리 - 데이터 사전 등을 관리
• 시스템 성능 감시 및 성능 분석 - 병목 현상 등이 발생하지 않는지 확인, 시스템 자원의 활용도 분석 등을 통해 시스템의 성능을 감시
• 데이터베이스 재구성 - 사용자의 요구 사항이나 사용 형태에 맞게, 시스템의 전체 성능 향상 필요성, 시스템 장비가 교체된 경우 데이터베이스를 재구성
  데이터베이스 관리자는 항상 사용자의 요구 사항에 귀 기울이고 시스템 성능을 분석하여, 새로운 변화에 부응하면서 성능을 향상시키는 방향으로 데이터베이스를 재구성해야 함

최종 사용자

데이터를 조작하기 위해 데이터베이스에 접근하는 사람들, 주로 데이터 조작어를 사용

• 캐주얼 사용자 - 데이터베이스에 대한 이론적 지식, 주로 데이터 조작어를 이용해 원하는 데이터와 데이터 처리를 DBMS에 직접 설명
• 초보 사용자 - 메뉴나 GUI 형태의 응용 프로그램을 통해 데이터베이스를 사용

응용 프로그래머

프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입하는 사용자
최종 사용자는 응용 프로그래머가 작성한 응용 프로그램을 사용하여 데이터베이스에 접근 ex)도서 위치를 검색

데이터 언어

데이터 정의어(DDL)(CREATE, ALTER, DROP, TRUNCATE)
데이터 조작어(DML)(SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE)
데이터 제어어(DCL)(GRANT,REVOKE,COMMIT,ROLLBACK)

데이터 정의어

새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어
새로 만들려는 데이터베이스의 스키마를 설명하거나 이미 정의된 스키마의 구조나 제약조건 등을 변경 또는 삭제할 경우 DBMS에 알릴 때 사용
데이터 정의어로 정의된 스키마는 데이터 사전에 저장되고, 삭제나 수정이 발생하면 데이터 사전에 반영

데이터 조작어

사용자가 데이터의 삽입,삭제,수정,검색 등의 처리를 DBMS에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어
사용자가 실제 데이터 값을 활용하기 위해 사용하는 것

• 절차적 데이터 조작어 - what과 how를 설명 / 절차(how)도 설명하는 것
• 비절차적 데이터 조작어 - what만 설명 / 선언적 언어 / how는 DBMS에 일임

데이터 제어어

데이터베이스에 동시 공유가 가능하면서도 무결성과 일관성을 유지하도록 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는 데 사용하는 데이터 언어
데이터 제어어를 이용해 DBMS에 설명하면 DBMS는 이 규칙과 기법에 따라 데이터베이스를 제어하고 보호함
무결성, 보안 회복, 동시성을 보장하기 위해 데이터 제어어를 이용해 규칙과 기법을 정의함

무결성 - 데이터베이스에 정확하고 유효한 데이터만 유지
보안 - 허가받지 않는 사용자가 데이터에 접근하는 것을 차단하거나, 허가된 사용자가 접근 권한이 있는 데이터에만 접근하도록 함
회복 - 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지
동시성 - 여러 사용자가 같은 데이터에 동시에 접근하여 처리할 수 있게 함

데이터베이스 관리 시스템(DBMS)의 구성

DBMS는 사용자와 데이터베이스 사이에 위치하며, 질의 처리기와 저장 데이터 관리자로 구성

질의 처리기

사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할

• DDL 컴파일러 - 데이터 정의어로 작성된 스키마의 정의를 해석, 저장 데이터 관리자의 도움을 받아 새로운 데이터베이스 구축, 새롭거나 변경된 스키마의 정의를 데이터 사전에 저장
• DML 프리 컴파일러 - 응용 프로그램에 삽입된 데이터 조작어를 추출하여 DML 컴파일러에 전달
• DML 컴파일러 - 데이터 조작어로 작성된 데이터의 처리(Select, Insert, Update, Delete) 요구를 분석하여 런타임 데이터베이스 처리기가 이해할 수 있도록 해석
• 런타임 데이터베이스 처리기 - 저장 데이터 관리자를 통해 데이터베이스에 접근하여, DML 컴파일러로부터 전달받은 데이터 처리 요구를 데이터베이스에서 실제로 실행
• 트랜잭션 관리자 - 데이터베이스에 접근하는 과정에서 사용자의 접근 권한과 데이터베이스 무결성을 유지하기 위한 제약조건 위반 여부 확인
  회복이나 병행 수행과 관련된 작업도 담당

저장 데이터 관리자

디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 실제로 접근하는 역할을 담당
디스크에 저장된 데이터에 접근하는 것은 운영체제의 기본기능이기에 저장 데이터 관리자는 운영체제의 도움을 받아 데이터베이스에 대한 접근을 수행

출처 - 김연희저자의 데이터베이스 개론 2판 - 한빛 아카데미