[데이터베이스 개론] 03장. 데이터베이스 시스템

데이터베이스 시스템의 정의

데이터베이스 시스템은 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템이다. 다양한 목적의 정보 처리 시스템을 구축하는 데 필요한 핵심요소이다. 데이터의 집합을 데이터베이스라고 하고, 데이터베이스에 저장된 데이터가 일관되고 무결한 상태로 유지되도록 관리하는 역학을 하는 것을 데이터베이스 관리 시스템이라고 한다. 그리고 데이터베이스와 테이터베이스 관리 시스템을 이용해 조직에 필요한 정보를 제공해주는 전체 시스템을 데이터베이스 시스템이라고 한다. 

 

데이터베이스의 구조

스키마 (Schema)

스키마는 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것이다. 그리고 이 스키마에 따라 실제로 데이터베이스에 저장되는 값을 인스턴스라고 한다. 

 

3단계 데이터베이스 구조

3단계 데이터베이스 구조의 개념

3단계 데이터 베이스느 구조는 하나의 데이터베이스를 세 단계로 나누어 이해한다. 개별 사용자 관점에서 바라보는 외부 단계, 조직 전체의 관점에서 바라보는 개념 단계, 물리적인 저장 장치의 관점에서 바라보는 내부 단계로 나눈다. 내부 단계에서 외부 단계로 갈수록 추상화 레벨이 높아진다.

외부 단계

외부 단계에서는 개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현한다. 개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는 가를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스 구조가 다르다. 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 외부 스키마라고 한다. 외부 스키마는 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적 구조이다. 데이터베이스 하나에는 여러 외부 스키마가 존재할 수 있고, 전체 데이터베이스 중 사용자가 관심을 가지는 일부분으로 볼 수 있기에 서브 스키마라고도 한다.

개념 단계

개념 단계 에서는 데이터베이스를 이용자들의 관점을 통합하여 데이터 베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현한다. 개념 단계에서는 데이터베이스 관리 시스템이나 관리자의 관점에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의하며 이를 개념 스키마라고 한다. 즉, 개념 스키마는 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습이며 모든 개별 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 하나로 합친 형태이다. 어떤 데이터가 저장되고, 데이터들간 어떤 관계가 있고, 어떤 제약 조건이 있는지, 보안 정책이나 접근 권한은 어떻게 정의되어 있는지 등을 포함한다. 데이터베이스 하나에는 개념 스키마가 하나 있고, 일반적으로 스키마를 개념 스키마라고 한다.

내부 단계

내부 단계에서는 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하며 내부 스키마라고 한다. 데이터베이스는 저장 장치에 파일 형태로 저장되는데, 내부 스키마는 파일에 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 필드 크기, 인덱스등을 정의한다. 내부 스키마는 데이터베이스에 하나만 존재한다. 

 

데이터 독립성

3단계 데이터베이스 구조에서 스키마 간의 사상

하나의 데이터베이스에는 세가지 유형의 스키마가 존재하지만 각각의 스키마는 데이터베이스를 바라보는 관점만 다르지 모두 같은 데이터베이스를 표현한다. 세가지 스키마 사이에는 유기적인 대응관계가 성립한다. 이렇게 데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 궁극적인 목적은 데이터 독립성을 실현한기 위해서이다. 데이터 독립성은 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성이다. 

논리적 데이터 독립성

논리적 데이터 독립성은 개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것이다. 전체 데이터베이스의 논리적인 구조가 변경되어도 관련된 외부/개념 사상(응용 인터페이스) 정보만 적절히 수정해주면 관련이 없는 외부 스키마는 변경할 필요가 없는 성질이다.

물리적 데이터 독립성

물리적 데이터 독립성은 내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것이다. 결과적으로 외부 스키마도 영향을 받지 않는다. 데이터베이스의 저장 구조가 변경되어도 관련된 개념/내부 사상(저장 인터페이스) 정보만 적절히 수정해주면 직접적으로 관련이 없는 데이터베이스의 논리적 구조는 영향을 받지 않는다. 

 

데이터 사전

데이터베이스는 조직 운영을 위해 필요한 실제 데이터를 저장하는데 이를 관리하고 운영하기 위해 부가 정보또한 저장한다. 대표적인 부가정보로써 스키마와 사상 정보가 잇다. 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 곳을 데이터 사전 또는 시스템 카탈로그라고 한다. 데이터 사전은 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 정확하고 효율적으로 이용하기 위해 참고해야 되는 스키마, 사상 정보, 다양한 제약 조건등인 메타데이터를 저장하고 있다. 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근한데 필요한 위치 정보는 데이터 디렉토리에서 관리한다. 

 

데이터베이스 사용자

데이터베이스를 이용하는 사용자는 목적에 따라 데이터베이스 관리자, 최종 사용자, 응용 프로그래머로 나눌 수 있다.

데이터베이스 관리자 (Database Adminstrator, DBA)

데이터베이스 관리자는 데이터베이스 시스템을 운영∙관리한다. 사용자를 위해 데이터베이스를 설계 및 구축하고, 제어한다. 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용해 데이터베이스에 접근하기도 한다. 대표적으로 다음과 같은 업무를 한다.

• 데이터베이스 구성 요소 선정 : 데이터베이스를 구성할 데이터를 결정.
• 데이터베이스 스키마 정의 : 데이터베이스의 스키마를 설계하고, 데이터 정의어를 통해 스키마를 생성.
• 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정 : 데이터베이스의 레코드 구조를 설계 및 인덱스를 구성할 필드 결정.
• 무결성 유지를 위한 제약조건 정의 : 데이터베이스에 저장할 수 있는 데이터의 규칙 정의 및 데이터의 정확성 및 유효성 유지.
• 보안 및 접근 권한 정책 결정 : 허가되지 않은 사용자의 데이터베이스 접근 방지 및 권한 부여 결정.
• 백업 및 회복 기법 정의 : 시스템 장애를 대비한 데이터베이스 백업 및 복구 방법 정의.
• 시스템 데이터베이스 관리 : 데이터 사전 관리.
• 시스템 성능 감시 및 성능 분석 : 병목 현상등을 확인 및 성능 감시.
• 데이터베이스 재구성 : 사용자의 요구에 맞추거나 성능 향상을 위해 재구성.

 

최종 사용자

데이터를 삽입, 삭제, 수정, 검색하기 위해 데이터베이스에 접근하는 사람들을 최종 사용자라고 한다. 주로 데이터 조작어를 사용하며 GUI 형태의 응용 프로그램으로 데이터베이스를 사용한다.

 

응용 프로그래머

프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 사용하는 사용자이다. 

 

데이터 언어

데이터 언어의 종류와 용도

데이터 언어는 사용자가 데이터베이스를 구축하고 이에 접근하기 위해 데이터베이스 간리 시스템과 통신하는 수단이다. 목적에 따라 데이터 정의어, 조작어, 제어어로 나뉜다.

데이터 정의어 (Data Definition Language, DDL)

데이터 정의어는 새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어이다. 즉 데이터베이스의 스키마를 생성하거나 스키마의 구조나 제약조건 변경 및 삭제를 할때 사용한다. 데이터 정의어로 정의된 스키마는 데이터 사전에 저장된다.

 

데이터 조작어 (Data Manipulation Language, DML)

데이터 조작어는 사용자가 데이터의 삽입, 삭제, 수정, 검색 등의 처리를 데이터 베이스 관리 시스템에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어이다. 즉, 실제 데이터 값을 활용하기 위해 사용하는 것이  데이터 조작어이다. 방식에 따라 절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 나뉜다.

절차적 데이터 조작어는 사용자가 어떤 데이터를 원하고 해당 데이터를 어떻게 처리해야하는지를 설명하는 것이다. 비절차적 데이터 조작어는 사용자가 어떤 데이터를 원하는지만 설명하고, 어떻게 처리해야 하는지는 데이터베이스 관리 시스템에게 맡기는 것이다. 선언적 언어라고도 한다.

 

데이터 제어어 (Data Control Language, DCL)

데이터 제어어는 데이터베이스에 저장된 데이터를 여러 사용자가 무결성과 일관성을 유지하며 문제없이 공유할 수 있도록, 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는데 사용하는 데이터 언어이다. 데이터 제어어를 통해 다음과 같은 특성을 보장한다.

• 무결성, Integrity : 데이터베이스에 정확하고 유효한 데이터만 유지.
• 보안, Security : 허가받지 않은 사용자를 차단 및 허가한 사용자를 접근 허용.
• 회복, Recovery : 장애가 발생하여도 데이터의 일관성 유지.
• 동시성, Concurrecny : 여러 사용자가 같은 데이터에 동시 접근 허용.

 

데이터베이스 관리 시스템의 구성

데이터베이스 관리 시스템의 구성

데이터베이스 관리 시스템은 사용자와 데이터베이스 사이에 위치하며 기능에 따라 크게 질의 처리기와 저장 데이터 관리자로 나뉜다.

질의 처리기

질의 처리기는 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할을 하며 다음과 같은 것들이 있다.

• DDL 컴파일러 : 데이터 정의어로 작성된 스키마의 정의를 해석 및 저장 데이터 관리자의 도움을 받아 데이터베이스 구축. 데이터 정의어로 작성된 스키마의 삭제나 수정 처리 데이터 사전에 반영.
• DML 프리 컴파일러 : 응용 프로그램에 삽입된 데이터 조작어를 추출하여 DML 컴파일러에 전달.
• DML 컴파일러 : 데이터 조작어로 작성된 데이터의 삽입, 삭제, 수정, 검색을 해석.
• 런타임 데이터베이스 처리기 : 저장 데이터 관리자를 통해 데이터베이스에 접근하여 DML 컴파일러로부터 받은 명령을 실행.
• 트랜잭션 관리자 : 데이터베이스에 접근하는 과정에서 접근 권한 확인인 제약조건 위반 확인.

 

저장 데이터 관리자

저장 데이터 관리자는 디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 접근하는 역할을 한다.

 

 

출처
데이터베이스 개론 2판 - 한빛아카데미 출판, 김연희 저

데이터베이스 개론 - 교보문고