03. 데이터베이스 시스템

🖋️ Byongho96

데이터베이스, 데이터베이스 관리 시스템에 대한 개념을 바탕으로 데이터베이스 시스템에 관해 학습한다다.

3.1. 데이터베이스 시스템의 정의

데이터베이스에 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템.

  • 용어 구분
    • 데이터베이스
      데이터를 저장해두는 곳
    • 데이터베이스 관리 시스템(DBMS)
      데이터베이스에 저장된 데이터를 관리해주는 프로그램
    • 데이터베이스 시스템
      데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템을 이용해 조직에 필요한 정보르르 제공해주는 전체 시스템. 데이터베이스와 DBMS외에도 데이터언어(SQL)과 데이터 처리 연산을 담당하는 컴퓨터 등으로 구성된다.

3.2. 데이터베이스의 구조

3.2.1. 스키마

데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것

3.2.2. 3단계 데이터베이스 구조

미국의 표준화 기관인 ANSI/SPARC에서는 데이터베이스의 복잡한 내부 구조를 감추고 일반 사용자가 데이터베이스를 쉽게 이해하고 이용할 수 있도록, 단계별로 추상화한 3단계 데이터베이스 구조를 제안한다.

  • 외부 단계
    개별 사용자의 관점에서 데이터베이스를 표현한다.
    외부 스키마: 각 사용자의 요구에 맞춰 데이터베이스 구조의 일부분을 표현.

  • 개념 단계
    조직 전체의 관점에서 데이터베이스를 표현한다.
    개념 스키마: 전체 데이터베이스의 구조와 상호 관계, 그리고 데이터에 대한 보안 정책이나 접근권한의 정보도 포함.

  • 내부 단계
    저장장치의 관점에서 데이터베이스를 표현한다.
    내부 스키마: 데이터베이스가 실제 저장장치에 저장되는 방법을 정의한 것. 개념 스키마에 대한 물리적인 저장구조.

3.2.3. 데이터 독립성

외부 스키마 / 개념 스키마 / 내부 스키마는 모두 하나의 데이터베이스를 표현하기 때문에 서로 매핑이 가능하다. 따라서 외부 스키마를 통해 실제 저장장치에 담긴 데이터까지 접근이 가능하다.

굳이 하나의 데이터베이스를 3단계로 나눠서 표현한 것은, 데이터의 독립성을 유지하기 위해서다. 데이터 독립성은 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성이다.

  • 논리적 데이터 독립성

    • 개념 스키마 <-> 외부 스키마
    • 개념 스키마가 변경되더라도 외부/개념 매핑 정보(application interface)만 적절히 수정해주면, 사용자 입장에서 외부 스키마를 변경할 필요 없다.

  • 물리적 데이터 독립성

    • 내부 스키마 <-> 개념 스키마.
    • 데이터베이스의 저장 구조가 변경되어도 개념/내부 매핑 정보(storage interface)만 적절히 수정해주면, 데이터베이스의 논리적 구조는 영향을 받지 않는다.

3.2.4. 데이터 사전

메타 데이터를 저장하는 곳. 시스템 카탈로그(system catalog) 혹은 시스템 데이터베이스(system database)라고도 한다.

  • DB 메타 데이터
    스키마와 스키마 간 매핑 정보와 같이 데이터베이스 운영을 위한 실제 데이터 외의 부가정보

데이터 사전도 테이블로 구성되어 있어서 SELECT 구문을 통해 접근할 수는 있지만, 수정 및 삭제는 시스템만 가능하다.

3.3. 데이터베이스 사용자

사용자 또한 데이터베이스 시스템을 구성하는 중요한 요소로써, 데이터베이스에 접근하는 모든 사람을 의미한다.

3.3.1. 데이터베이스 관리자

데이터베이스 시스템을 운영하는 사용자. 데이터베이스를 설계하고 적절히 서비스 될 수 있도록 제어한다. 데이터베이스 설계자가 포함된다.

  • 관리자의 역할
    • 데이터베이스 구성 요소 선정
    • 데이터베이스 스키마 정의
    • 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정
    • 무결성 유지를 위한 제약조건 정의
    • 보안 및 접근 권한 정책
    • 백업 및 회복 기법 정의
    • 시스템 데이터베이스 관리
    • 시스템 성능 감시 및 성능 분석
    • 데이터베이스 재구성

3.3.2. 응용 프로그래머

최종 사용자를 위한 응용 프로그램을 작성할 때, 데이터베이스로부터 서비스 운용을 필요한 데이터를 얻기 위해 필요한 데이터 조작어를 삽입한다.

3.3.3. 최종 사용자

데이터를 위해 데이터베이스 접근하는 일반 사람들

3.4. 데이터 언어

DBMS에 데이터 처리를 위해 내리는 명령어

3.4.1. 데이터 정의어(DDL)

Data Definition Language. DB 구축을 위해 스키마를 정의하거나, 스키마를 수정 및 삭제하기 위해 사용되는 언어. DDL로 조작된 기록들은 데이터 사전에 반영된다.

3.4.2. 데이터 조작어(DML)

Data Manipulation Language. 사용자가 데이터의 CRDU 등의 처리를 위해 사용되는 언어. DML에 따라 테이블에 저장된 데이터가 수정된다.

데이터 조작어는 아래와 같이 두가지로 또 다시 구분할 수 있다.

  • 비절차적 데이터 조작어
    어떤 데이터를 원하는지만 명시해주면 된다. 현재 DBMS에서 주로 사용되는 형태의 언어이며, SQL이 이에 해당된다.
  • 절차적 데이터 조작어
    어떻게 데이터에 접근할지를 함께 명시해줘야 한다. 현재 DBMS 주로 이용되지는 않지만, 고급 프로그래밍 언어에 관련 기능들이 장착되어 있다. - 절자척 언어 vs 비절차적 언어 - fortran DML 예시

3.4.3. 데이터 제어어(DCL)

Data Control Language. 데이터의 무결성과 일관성을 유지하며 여러 사용자에게 데이터베이스를 공유할 수 있도록, 내부적으로 필요한 규칙을 정의하는 데 사용되는 언어. 예시

DCL 데이터베이스의 다음과 같은 기능들을 담당한다.

  • 무결성(integrity): DB에 유효한 데이터만을 유지한다.
  • 보안(security): 접근권한이 있는 사용자만 데이터에 접근하게 한다.
  • 회복(recovery): 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지한다.
  • 동시성(concurrency): 여러 사용자가 같은 데이터에 동시 접근이 가능하다.

3.5. 데이터베이스 관리 시스템의 구성

DBMS는 사용자와 DB 사이에 위치하며, 기능에 따라 질의 처리기와 저장 데이터 관리자로 구분된다.
dbms 구조

3.5.1. 질의 처리기

사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리한다.

  • DDL 컴파일러(DDL compiler)
    DDL을 해석하고 이를 저장 데이터 관리자의 도움을 받아 처리한다. 또한 처리 내용을 데이터 사전에 적용한다.
  • DML 프리 컴파일러(DML precompiler) 응용프로그램의 코드에서 DML을 추출하여 DML 컴파일러에 전달한다.
  • DML 컴파일러(DML compiler)
    DML을 런타임 데이터베이스 처리기가 이용할 수 있도록 해석한다.
  • 런타임 데이터베이스 처리기(run-time databse processor)
    저장 데이터 관리자를 통해 DML 컴파일로부터 전달받은 처리 요구를 실행한다.
  • 트랜잭션 관리자(transaction manager)
    데이터베이스에 접근하는 사용자의 접근 권한이 유효한지 검사하고, 데이터의 제약조건의 위변 여부를 확인한다. 또한 회복이나 병행 수행과 관련된 작업을 담당한다.

3.5.2. 저장 데이터 관리자

데이터베이스와 데이터 사전에 실제로 접근하고 관리한다. 단, 디스크에 접근하는 것은 운영체제의 기본 기능이므로 운영체제의 도움을 받는다.