3장, 데이터베이스 시스템
데이터베이스 시스템(DBS : DataBase System) ?
데이터베이스에 데이터를 저장하고 저장된 데이터를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템. 정보 처리 시스템의 핵심 요소. 데이터베이스 관리 시스템을 이용해 조직에 필요한 정보를 제공해주는 전체 시스템
스키마(schema) ?
데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것
인스턴스(instance) ?
정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값
3단계 데이터베이스 구조(3-level database architecture) ?
표준화 기관 ANSI/SPARC에서 데이터베이스의 복잡한 내부 구조를 감추고 일반 사용자가 데이터베이스를 쉽게 이해하고 이용할 수 있도록 제안한 구조.
- 외부 단계(external level) : 개별 사용자 관점에서 바라보는 단계
외부 스키마(external schema, 서브 스키마(sub schema)) - 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것. 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적인 구조로, 사용자마다 다르다. 데이터베이스 하나에 여러 개가 존재할 수 있다. - 개념 단계(conceptual level) : 조직 전체의 관점에서 바라보는 단계
개념 스키마(concenptual schema) - 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의한 것. 전체 데이터베이스에 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터들 간에는 어떤 관계가 존재하고 어떤 제약조건이 있는지에 대한 정의뿐만 아니라 데이터에 대한 보안 정책이나 접근권한에 대한 정의도 포함된다. 데이터베이스 하나에는 하나만 존재. 일반적으로 스키마라고 하면 개념 스키마를 의미한다. - 내부 단계(intenal level) : 물리적 저장 장치의 관점에서 바라보는 단계
내부 스키마(internal schema) - 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의한 것. 파일에 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 레코드를 구성하는 필드의 크기 등을 정의한다. 개념 스키마에 대한 물리적인 저장 구조를 표현하는 것이므로 하나의 데이터베이스에 하나만 존재한다.
세 가지 유형의 스키마가 존재하지만, 세 가지 모두 동일한 하나의 데이터베이스를 표현한다. 사용자가 외부 스키마를 통해 데이터베이스에 접근하려면, 세 스키마 사이에 유기적인 대응관계가 성립해야 한다. 스키마 사이의 대응관계를 매핑(mapping) 혹은 사상이라 한다. 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마에 영향을 주지 않는 데이터 독립성(data independency)을 실현하기 위해 단계별 스키마와 매핑이 존재한다.
데이터 독립성
- 논리적 데이터 독립성 : 개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것.
전체 데이터 베이스의 논리적인 구조가 변경되어도 관련된 외부/개념 사상 정보만 적절히 수정해주면 외부 스키마는 변경할 필요가 없다.
외부/개념 사상 ? 외부 스키마와 개념 스키마의 대응 관계를 정의한 것으로, 응용 인터페이스(application interface)라고도 한다. - 물리적 데이터 독립성 : 내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것.
데이터베이스의 저장 구조가 변경되어도 관련된 개념/내부 사상 정보만 적절히 수정해주면 데이터베이스의 논리적 구조는 변경할 필요가 없다.
개념/내부 사상 ? 개념 스키마와 내부 스키마의 대응관계를 정의한 것으로, 저장 인터페이스(storage interface)라고도 한다.
데이터 사전
저장된 데이터를 올바르게 관리하고 이용하기 위해 스키마와 사상 정보 같은 부가정보도 저장해야 하는데, 이걸 저장하는 곳이 데이터 사전(data dictionary, 시스템 카탈로그(system catalog))이다. 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보(데이터 사전 정보)는 데이터에 대한 데이터(data about data)를 의미해 메타 데이터(meta data)라고도 부른다.
데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치는 데이터 디렉터리(data directory)에서 관리한다. 데이터 디렉터리는 시스템만 접근할 수 있다.
데이터베이스 사용자
- 데이터베이스 관리자(DBA : DataBase Administrator)
데이터베이스 시스템 운영, 관리
조직 내의 사용자를 위해 데이터베이스를 설계 및 구축하고 제대로 서비스할 수 있도록 데이터베이스를 제어한다.
데이터 정의어와 데이터 제어어를 주로 이용
▶ 역할
- 데이터베이스 구성요소 선정
- 데이터베이스 스키마 정의
- 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정
- 무결성 유지를 위한 제약조건 정의
- 보안 및 접근 권한 정책 결정
- 백업 및 회복 기법 정의
- 시스템 데이터베이스 관리
- 시스템 성능 감시 및 성능 분석
- 데이터베이스 재구성 - 최종 사용자(end user, 일반 사용자)
데이터를 조작하기 위해 데이터베이스에 접근
주로 조작어를 사용
- 캐주얼 사용자(casual end user) : 데이터베이스에 대한 이론적 지식을 갖추고, 데이터 조작어를 이용
- 초보 사용자(naive end user) : 메뉴나 GUI형태의 응용 프로그램을 통해 데이터베이스를 사용 - 응용 프로그래머(application programmer)
프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입
주로 데이터 조작어 사용(삽입)
데이터 언어(data language) ? 사용자가 데이터베이스를 구축하고, 이에 접근하기 위해 데이터베이스 관리 시스템과 통신하는 수단
- 데이터 정의어(DDL : Data Definition Language)
새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어. 정의된 스키마는 사전에 저장되며, 삭제나 수정이 발생할 경우 데이터 사전에 반영된다. - 데이터 조작어(DML : Data Manipulation Language)
사용자가 데이터의 삽입, 삭제, 수정, 검색 등의 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 요청하기 위해 사용하는 언어
- 절차적 데이터 조작어(procedural DML) : 어떤 데이터를 원하고, 얻으려면 어떻게 처리해야 하는지 설명
- 비절차적 데이터 조작어(nonprocedural DML) : 어떤 데이터를 원하는 지만 설명, 선언적 언어(declarative language)라고도 함 - 데이터 제어어(DCL : Data Control Language)
데이터베이스에 저장된 데이터를 여러 사용자가 무결성과 일관성을 유지하며 문제없이 공유할 수 있도록, 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는 데 사용하는 데이터 언어
데이터베이스 관리 시스템의 장점
무결성(integrity) : 데이터베이스에 정확하고 유효한 데이터만 유지하는 것
보안(security) : 허가받지 않은 사용자가 접근하는 것을 차단, 허가된 사용자만 접근할 수 있도록 하는 것
회복(recovery) : 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지하는 것
동시성(concurrency) : 여러 사용자가 같은 데이터에 동시에 접근하여 처리할 수 있도록 하는 것
질의 처리기(query processor) ? 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할을 담당.
질의 처리기의 구성요소
- DDL 컴파일러(DDL compiler)
데이터 정의어로 작성된 스키마의 정의 해석.
저장 데이터 관리자의 도움을 받아 새로운 데이터베이스 구축
스키마의 정의를 데이터 사전에 저장
기존 스키마의 삭제나 수정 요청 처리 및 데이터 사전 반영 - DML 프리 컴파일러(DDL precomplier)
응용 프로그램에 삽입된 데이터 조작어를 추출하여 DML 컴파일러에 전달
데이터 조작어와 관련 없는 나머지 코드들은 해당 언어의 컴파일러로 보내짐 - DML 컴파일러(DDL complier)
데이터 조작어로 작성된 데이터의 처리 요구를 분석하여 런타임 데이터베이스 처리기가 이해할 수 있도록 해석 - 런타임 데이터베이스 처리기(run-time database processor)
저장 데이터 관리자를 통해 데이터베이스에 접근하여 DML 컴파일러로부터 전달받은 요구를 실제로 실행 - 트랜잭션 관리자(transaction manager)
데이터베이스에 접근하는 과정에서 사용자의 접근 권한이 유효한지 확인
제약조건 위반 여부 확인
회복이나 병행 수행과 관련된 작업 담당
저장 데이터 관리자(stored data manager) ? 디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 여기에 실제로 접근하는 역할을 담당. 운영체제의 도움을 받아 데이터베이스에 대한 접근을 수행한다.
참고자료
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