[데이터베이스] 3. 데이터베이스 시스템

김연희 저자님의 "데이터베이스 개론" 책을 학습하고 정리한 글입니다.

 

1. 데이터베이스 시스템의 정의

📌 데이터베이스 시스템 (DBS, Database System)

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

• 다양한 목적의 정보 처리 시스템을 구축하는 데 필요한 핵심 요소

 

2. 데이터베이스의 구조

2-1. 스키마

📌 스키마 (Schema)

데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것

• 정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값이 인스턴스(Instance)이다.
• 보통 스키마는 한 번 정의되면 자주 변경하지 않지만, 인스턴스는 계속 변하는 특성이 있다.

 

2-2. 3단계 데이터베이스 구조

미국의 표준화 기관 ANSI/SPARC는 데이터베이스의 복잡한 내부 구조를 감추고 일반 사용자가 데이터베이스를 쉽게 이해하고 이용할 수 있도록 3단계 데이터베이스 구조(3-level database architecture)를 제안했다.

 

데이터베이스 하나를 세 단계로 나누고, 각 단계별로 다른 추상화(abstraction)를 제공하면 데이터베이스를 효과적으로 관리할 수 있다.

 

1. 외부 단계 (External level) : 개별 사용자 관점

• 사용자마다 업무 내용과 사용 목적이 달라 필요한 데이터 내용이 다를 수 있다.
• 개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다르다.
• 이처럼 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 외부 스키마(External schema)라고 한다.
• 외부 스키마는 전체 데이터베이스 중 사용자가 관심을 가지는 일부분으로 볼 수 있어 서브 스키마(Sub schema)라고도 한다.

 

2. 개념 단계 (Conceptual level) : 조직 전체의 관점

• 데이터베이스를 이용하는 사용자의 관점을 통합하여, 데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현한다.
• 데이터베이스 관리 시스템이나 관리자의 관점에서 모든 사용자에게 필요한 데이터를 통합하여 전체 데이터베이스의 논리적 구조를 정의한다. 그리고 이를 개념 스키마(Conceptual schema)라고 한다.
• 즉, 모든 개별 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 하나로 합친 형태다.
• 하나의 데이터베이스는 개념 스키마가 하나만 존재하고, 각 사용자는 개념 스키마의 일부분을 사용한다.
• 즉, 외부 스키마는 개념 스키마를 기초로 하여 사용자의 이용 목적에 맞게 만들어진다.

 

3. 내부 단계 (Internal level) : 물리적인 저장 장치의 관점

• 데이터베이스를 디스크나 테이프 같은 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현한다.
• 즉, 내부 단계에서는 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하며 이를 내부 스키마(Internal schema)라고 한다.
• 데이터베이스는 저장 장치에 파일 형태로 저장되는데, 내부 스키마는 파일에 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 레코드를 구성하는 필드 크기, 인덱스를 이용한 레코드 접근 경로 등을 정의한다.
• 내부 스키마는 데이터베이스의 개념 스키마에 대한 물리적 저장 구조를 표현하므로 하나의 데이터베이스에 하나만 존재한다.

 

2-3. 데이터 독립성

데이터 독립성을 실현하기 위해 데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의한다. 데이터 독립성은 데이터베이스 관리 시스템의 중요한 장점이자 데이터베이스 관리 시스템이 필요한 이유이다.

 

📌 데이터 독립성 (Data independency)

하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성

• 3단계 데이터베이스 구조에는 논리적 데이터 독립성과 물리적 데이터 독립성이 존재한다.

 

📌 사상 또는 매핑 (mapping)

스키마 사이의 대응 관계

• 외부 스키마와 개념 스키마는 외부/개념 사상에 의해 대응
• 개념 스키마와 내부 스키마는 개념/내부 사상에 의해 대응
• 데이터베이스 관리 시스템은 미리 정의된 외부/개념 사상과 개념/내부 사상 정보를 이용해 사용자가 원하는 데이터에 접근할 수 있다.

 

📌 논리적 데이터 독립성

개념 스키마가 변경되더라도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것

• 전체 데이터베이스의 논리적인 구조가 변경되어도 관련 외부/개념 사상 정보만 적절히 수정해주면 직접 관련이 없는 사용자를 위한 외부 스키마는 변경할 필요가 없다.
• 외부/개념 사상은 외부 스키마와 개념 스키마와 대응 관계를 정의한 것으로, 응용 인터페이스(application interface)라고도 한다.
• 개념 스키마 정보가 변경되는 경우, 외부 스키마의 변경 없이 외부/개념 사상 정보만 정확히 수정하면 된다.

 

📌 물리적 데이터 독립성

내부 스키마가 변경되더라도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것

• 데이터베이스의 저장 구조가 변경되어도 관련 개념/내부 사상 정보만 적절히 수정해주면 직접적으로 관련이 없는 데이터베이스의 논리적 구조는 영향을 받지 않는다.
• 개념/내부 사상은 개념 스키마와 내부 스키마의 대응 관계를 정의한 것으로, 저장 인터페이스(Storage interface)라고도 한다.
• 내부 스키마의 순서가 변경되어도 두 필드와 관련된 개념/내부 사상 정보만 수정하면 된다.

 

2-4. 데이터 사전

📌 데이터 사전 (Data dictionary) 또는 시스템 카탈로그 (System catalog)

데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 곳

• 일반 사전처럼 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 정확하고 효율적으로 이용하기 위해 참고해야 하는 스키마, 사상 정보, 다양한 제약조건 등을 저장하고 있다.
• 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보이므로 데이터에 대한 데이터를 의미해 메타 데이터(Meta data)라고도 한다.
• 사용자가 실제로 이용하는 데이터가 저장되는 일반 데이터베이스를 사용자 데이터베이스(user database)라고도 한다.
• 데이터베이스 관리 시스템이 주로 접근하지만 일반 사용자도 접근할 수 있는데, 데이터베이스 관리 시스템이 데이터 사전에 새로운 내용을 새로 추가하거나 수정할 수 있는 반면, 사용자는 저장 내용을 검색만 할 수 있다.
• 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치 정보는 데이터 디렉토리(data directory)라는 곳에서 관리한다. 데이터 사전과 데이터 디렉토리는 둘 다 시스템을 위한 데이터베이스라는 공통점이 있지만, 데이터 사전은 사용자가 접근할 수 있고, 데이터 디렉토리는 시스템만 접근할 수 있다는 차이가 있다.

 

3. 데이터베이스 사용자

사용자는 데이터베이스를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람을 의미한다.

이용 목적에 따라 크게 데이터베이스 관리자, 최종 사용자, 응용 프로그래머로 나눌 수 있다.

 

1. 데이터베이스 관리자 (DBA, DataBase Administrator)

데이터베이스 시스템을 운영/관리하는 사람

• 조직 내의 사용자를 위해 데이터베이스를 설계 및 구축하고, 제대로 서비스할 수 있도록 데이터베이스를 제어한다.
• 그래서 DBA는 주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용해 데이터베이스에 접근한다.
• DBA는 컴퓨터 시스템이나 데이터베이스와 관련해 지식과 경험을 많이 갖추고 있어야 한다.
• 큰 조직에서는 데이터베이스 설계 업무만 담당하는 데이터베이스 설계자(Database designer)를 따로 두기도 한다.

 

2. 일반 사용자 또는 최종 사용자 (End user)

데이터를 조작(삽입 삭제 수정 검색)하기 위해 데이터베이스에 접근하는 사람

• 컴퓨터 시스템이나 데이터베이스에 관한 전문 지식을 꼭 갖출 필요는 없다.
• 데이터 정의어를 사용할 수도 있지만 주로 데이터 조작어를 사용한다.
• 최종 사용자는 캐주얼 사용자와 초보 사용자로 구분할 수 있다.
  • 캐주얼 사용자(Casual end user)는 데이터베이스에 대한 이론적 지식이 있으며, 주로 데이터 조작어를 이용해 원하는 데이터와 데이터에 대한 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 직접 설명한다.
  • 초보 사용자(Naive end user)는 데이터베이스를 초보 수준으로 이용할 수 있어, 데이터 조작어로 자신의 요구를 직접 표현하기 보다는 메뉴나 GUI 형태의 응용 프로그램을 통해 데이터베이스를 사용한다.

 

3. 응용 프로그래머 (Application programmer)

C, Java 등과 같은 프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입하는 사용자

• 데이터 정의어를 삽입할 수도 있지만 주로 데이터 조작어를 삽입한다.
• 최종 사용자는 응용 프로그래머가 작성한 응용 프로그램을 이용해 데이터베이스에 접근할 수 있다.

 

4. 데이터 언어

📌 데이터 언어 (Data language)

데이터베이스를 구축하고 활용 및 관리하는 데이터베이스 관리 시스템에 사용하는 언어

• 사용자가 데이터베이스를 구축하고 이에 접근하기 위해 데이터베이스 관리 시스템과 통신하는 수단

 

1. 데이터 정의어 (DDL, Data Definition Language)

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 제약조건을 변경 또는 삭제하고 싶어 이를 DBMS에 알릴 때 사용한다.

 

2. 데이터 조작어 (DML, Data Manipulation Language)

사용자가 데이터의 삽입 삭제 수정 검색 등의 처리를 DBMS에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어

• 사용자가 실제 데이터 값을 활용하기 위해 사용하는 것
• 데이터 조작어는 설명 방식에 따라 절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 나뉜다.
  • 절차적 데이터 조작어(procedural DML)는 사용자가 어떤 데이터를 원하고 해당 데이터를 얻으려면 어떻게 처리해야 하는지를 구체적으로 설명한다.
  • 비절차적 데이터 조작어(nonprocedural DML)는 사용자가 어떤 데이터를 원하는지만 설명한다. 사용자가 어떤 데이터를 원하는지만 DBMS에 선언하는 방식으로 선언적 언어(declarative language)라고도 한다.

 

3. 데이터 제어어 (DCL, Data Control Language)

데이터베이스에 저장된 데이터를 여러 사용자가 무결성과 일관성을 유지하며 문제없이 공유할 수 있도록, 내붖적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는 데 사용하는 데이터 언어

• 사용자는 데이터베이스를 올바르게 관리하기 위해 필요한 규칙과 기법을 데이터 제어어를 이용해 DBMS에 설명한다.
• 그러면 DBMS가 이 규칙과 기법에 따라 데이터베이스를 제어하고 보호한다.
• 다음과 같은 특성을 보장하기 위해 데이터 제어어를 이용해 규칙이나 기법을 정의한다.
  • 무결성 (Integrity) : 데이터베이스에 정확하고 유효한 데이터만 유지
  • 보안 (Security) : 허가받지 않은 사용자를 차단하거나, 허가된 사용자가 접근 권한이 있는 데이터만 접근할 수 있게 함
  • 회복 (Recovery) : 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지
  • 동시성 (Concurrency) : 여러 사용자가 같은 데이터에 동시에 접근하여 처리할 수 있도록 함

 

참고자료

• 책 - 데이터베이스 개론(김연희, 2022년 1월)