TIL 45 (DB 구조와 유형)

데이터베이스 개요

 

컴퓨터를 사용하여 정보를 수집하고 분석하는데 데이터베이스 기술이 활용되고 있습니다.

• 정보와 데이터는 서로 다릅니다.
  • 정보 : 여러 종류의 문서로 흩어져있어 조합하기 어려운 단위
    • 카톡 실행파일(파일 시스템) : 카카오톡을 실행할 수 있는 정보
  • 데이터 : 정보를 체계적으로 분류하여 조합할 수 있는 단위
    • 카톡 메세지 데이터(데이터베이스) : 카카오톡의 메세지를 채팅방에 출력할 수 있는 데이터

• **데이터베이스(database)**의 정의 :
  • 데이터베이스는 조직체의 응용 시스템들이 공유해서 사용하는 운영 데이터들이 구조적으로 통합된
  • 데이터베이스의 구조는 사용되는 데이터 모델에 의해 결정된다.
• 데이터베이스의 특징
  • 데이터의 대규모 저장소로서, 여러 사용자에 의해 동시에 사용됨.
  • 모든 데이터가 중복을 최소화하면서 통합됨.
  • 데이터베이스는 운영 데이터뿐만 아니라 그 데이터에 관한 설명까지 포함
    • 설명 : 데이터베이스 스키마 또는 메타데이터(metadata)
  • 프로그램과 데이터 간의 독립성이 제공됨
    • 프로그램 메모리가 아닌 개별적인 저장공간에 저장되기 때문에
  • 효율적으로 접근이 가능하고 질의를 할 수 있음.
    • 질의? 엑셀의 수식기능과 비슷합니다. (ex.MAX(A1:A20))
• 데이터베이스 관리 시스템(DBMS: Database Management System)
  • 데이터베이스를 정의하고, 질의어를 지원하고, 리포트를 생성하는 등 작업을 수행하는 소프트웨어

 

데이터베이스 시스템 개요

• 데이터베이스 스키마
  • 전체적인 데이터베이스 구조를 뜻하며 자주 변경되지 않음.
  • 데이터베이스의 모든 가능한 상태를 미리 정의
  • ex. 사람 데이터는 이름, 키, 몸무게, MBTI 필드를 가진다.
  • ex. DEPARTMENT 데이터는 DEPTNO, DEPTNAME, FLOOR 필드를 가진다.
  • ex. EMPLOYEE 데이터는 EMPNO, EMPNAME, TITLE, DNO, SALARY 필드를 가진다.
• 데이터베이스 상태
  • 특정 시점의 데이터베이스의 내용을 의미하며, 시간이 지남에 따라 계속해서 바뀜
  • 데이터베이스에 수정이 일어날때마다 상태는 바뀝니다.

 

• 데이터베이스 시스템(DBS : Database System)
  • DB, DBMS, USER를 포함한 가장 큰 범위

 

• 데이터베이스
  • 조직체의 응용 시스템들이 공유해서 사용하는 운영 데이터들이 구조적으로 통합된 모임.
  • 시스템 카탈로그(또는 데이터 사전, data dictionary)와 저장된 데이터베이스로 구분할 수 있음.
  • 시스템 카탈로그(system catalog)는 저장된 데이터베이스의 스키마 정보를 유지.

 

• DBMS
  • DBMS의 기능
    • 사용자가 새로운 데이터베이스를 생성
    • 데이터베이스의 구조를 명시
    • 사용자가 데이터를 효율적으로 질의하고 수정할 수 있도록 함
    • 시스템의 고장이나 권한이 없는 사용자로부터 데이터를 안전하게 보호
    • 동시에 여러 사용자가 데이터베이스를 접근하는 것을 제어
  • 데이터베이스 언어라고 부르는 특별한 프로그래밍 언어를 한 개 이상 제공
  • SQL은 여러 DBMS에서 제공되는 사실상의 표준 데이터베이스 언어

 

• 사용자
  • 데이터베이스 사용자는 여러 부류로 나눌 수 있습니다.
  • 아래에서 자세히 나눠보겠습니다.
• 하드웨어
  • 데이터베이스는 디스크와 같은 보조 기억 장치에 저장되며, DBMS에서 원하는 정보를 찾기 위해서는 디스크의 블록들을 주기억 장치로 읽어들여야 합니다.
  • 계산이나 조합 및 비교 연산들을 수행하기 위해 중앙 처리 장치가 사용됨.
  • DBMS 자체도 주기억 장치에 적재되어 실행되어야 함.
• 데이터베이스 시스템의 요구사항
  • 데이터 독립성
  • 효율적인 데이터 접근
  • 데이터에 대한 동시 접근
  • 백업과 회복
  • 중복을 줄이거나 제어하며 일관성 유지
  • 데이터 무결성
  • 데이터 보완
  • 쉬운 질의어
  • 다양한 사용자 인터페이스

 

파일 시스템 vs DBMS

• 파일 시스템을 사용한 기존의 데이터 관리
  • 파일 시스템은 DBMS가 등장하지 않았을 때인 1960년대부터 사용되어 왔음.
  • 파일을 접근하는 방식이 응용 프로그램 내에 상세하게 표현되므로 데이터에 대한 응용 프로그램의 의존도가 높음
• 파일 시스템의 단점
  • 데이터가 많은 파일에 중복해서 저장됨
  • 다수의 사용자들을 위한 동시성 제어가 제공되지 않음
  • 검색하려는 데이터를 쉽게 명시하려는 질의어가 제공되지 않음.
  • 보안 조치가 미흡
  • 회복 기능이 없음.
  • 프로그램-데이터 독립성이 없으므로 유지보수 비용이 많이 소요됨.
  • 파일을 검색하거나 갱신하는 절차가 상대적으로 복잡하기 때문에 프로그래머의 생산성이 낮음

 

• DBMS의 장점
  1. 스키마 정의를 통해
     • 중복성과 불일치가 감소됨
     • 표준화를 시행하기가 용이
     • 조직체의 요구사항을 식별할 수 있음
  2. 관리도구를 통해
     • 시스템을 개발하고 유지하는 비용이 감소됨.
     • 보안이 향상됨
     • 무결성이 향상됨
     • 다양한 유형의 고장으로부터 데이터베이스를 회복할 수 있음.
     • 데이터베이스의 공유와 동시 접근이 가능함.

 

• DBMS의 단점
  • 추가적인 하드웨어 구입 비용이 들고, DBMS 자체의 구입 비용도 상당히 비쌈.
  • 직원들의 관리도구 사용법 교육 비용 많이 소요됨
  • 비밀과 프라이버시 노출 등의 단점이 존재할 수 있음

 

💁 DBMS를 적용하면 안되는 경우

1. 초기의 투자 비용이 너무 클 때
2. 오버헤드가 너무 클 때
3. 응용이 단순하고 잘 정의되었으며 변경되지 않을 것으로 예상될 때
4. 엄격한 실시간 처리 요구사항이 있을 때
5. 데이터에 대한 다수 사용자의 접근이 필요하지 않을 때

1) 계층 DBMS 구조

• 특징
  • 1960년대 후반에 최초의 계층 DBMS가 등장
  • 트리 구조를 기반으로 하는 계층 데이터 모델을 사용한 DBMS
  • 계층 데이터 모델은 네트워크 데이터 모델의 특별한 사례
• 장점
  • 어떤 유형의 응용에 대해서는 빠른 속도와 높은 효율성을 제공
• 단점
  • 데이터베이스가 생성될 때 각각의 관계를 명시적으로 정의해야 함.
  • 레코드들이 링크로 연결되어 있으므로 레코드 구조를 변경하기 어려움.
  • 어떻게 데이터를 접근하는가를 미리 응용 프로그램에 정의해야 함.

2) 네트워크 DBMS 구조

• 특징
  • 레코드들이 노드로, 레코드들 사이의 관계가 간선으로 표현되는 그래프를 기반으로 하는 네트워크 데이터 모델을 사용
  • 네트워크 DBMS에서도 레코드들이 링크로 연결되어 있으므로 레코드 구조를 변경하기 어려움.

3) 관계 DBMS (가장 많이 쓰임)

• 장점사용자는 자신이 원하는 것(what)만 명시하고, 데이터가 어디있는지, 어떻게 접근해야 하는지는 DBMS가 결정
• 모델이 간단하여 이해하기 쉬움
• 예 : MS SQL Server, Oracle, Sybase, DB2, MySQL

4) 객체 지향 DBMS

• 특징
  • 객체 지향 프로그래밍 패러다임을 기반으로 하는 데이터 모델
• 장점
• 데이터와 프로그램을 그룹화하고, 복잡한 객체들을 이해하기 쉬우며, 유지와 변경이 용이함.
• 예 : ONTOS, OpenODB, GemStone, ObjectStore, O2 등

5) 객체 관계 DBMS

• 특징
  • DBMS에 객체 지향 개념을 통합한 객체 관계 데이터 모델이 제안됨.
• 예 : 오라클, Informix, Universal Server 등

 

1-4. DBMS 언어

1) 데이터 정의어 (DDL : Data Definition Language)

• 사용자는 데이터 정의어를 사용하여 데이터베이스 스키마를 정의
• 데이터 정의어로 명시된 문장이 입력되면  DBMS는 사용자가 정의한 스키마에 대한 명세를 시스템 카탈로그 또는 데이터 사전에 저장.

💁 데이터 정의어의 기본적 기능

# 데이터 모델에서 지원하는 데이터 구조를 생성 (예, SQL에서 CREATE TABLE)

# 데이터 구조의 변경 (예, SQL에서 ALTER TABLE)

# 데이터 구조의 삭제 (예, SQL에서 DROP TABLE)

# 데이터 접근을 위해 특정 애트리뷰트 위에 인덱스를 정의 (예, SQL에서 CREATE INDEX)

 

2) 데이터 조작어 (DML : Data Manipulation Language)

• 사용자는 데이터 조작어를 사용하여 데이터베이스 내의 원하는 데이터를 검색하고, 수정하고, 삽입하고, 삭제
• 절차적 언어(procedural language)와 비절차적 언어(non-procedural language)
• 관계 DBMS에서 사용되는 SQL은 대표적인 비절차적 언어
• 대부분의 데이터 조작어는 SUM, COUNT, AVG와 같은 내장 함수들을 갖고 있음.
• 데이터 조작어는 단말기에서 대화식으로 입력되어 수행되거나 C, 코볼 등의 고급 프로그래밍 언어로 작성된 프로그램에 내포되어 사용됨.

💁 데이터 조작어의 기본적 기능

# 데이터의 검색 (예, SQL에서 SELECT)  # 데이터의 수정 (예, SQL에서 UPDATE)

# 데이터의 삭제 (예, SQL에서 DELETE)

# 데이터의 삽입 (예, SQL에서 INSERT)

3) 데이터 제어어 (DCL : Data Control Language)

• 사용자는 데이터 제어어를 사용하여 데이터베이스 트랜잭션을 명시하고 권한을 부여하거나 취소

 

1-5. DBMS 사용자

• 응용 프로그래머 (우리!🧑‍💻)
  • 데이터베이스 위에서 특정 응용(예, 고객 관리, 인사 관리, 재고 관리 등)이나 인터페이스를 구현하는 사람
  • 프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 개발하면서 데이터베이스를 접근하는 부분은 내포된 데이터 조작어를 사용
  • 이들이 작성한 프로그램은 최종 사용자들이 반복해서 수행하므로 기작성 트랜잭션(canned transaction) 또는 프로그램이라고 부릅니다.
• 데이터베이스 관리자(DBA : Database Administrator 👷‍♂️**)**
  • 데이터베이스 관리자는 조직의 여러 부분의 상이한 요구를 만족시키기 위해서 일관성 있는 데이터베이스 스키마를 생성하고 유지하는 사람(팀)
  • 데이터베이스 관리자의 역할
    • 리얼 DB 변경이 필요할때 DBA님에게 요청합니다.
  • 데이터베이스 스키마의 생성과 변경
    • 무결성 제약조건을 명시
    • 사용자의 권한을 허용하거나 취소하고, 사용자의 역할을 관리
    • 저장 구조와 접근 방법(물리적 스키마) 정의
    • 백업과 회복
    • 표준화 시행
• 오퍼레이터 (인프라팀 👨‍🔧)
  • DBMS가 운영되고 있는 컴퓨터 시스템과 전산실을 관리하는 사람
• 최종 사용자 (유저!👥)
  • 질의하거나 갱신하거나 보고서를 생성하기 위해서 데이터베이스를 사용하는 사람
  • 최종 사용자는 다시 데이터베이스 질의어를 사용하여 매번 다른 정보를 찾는 캐주얼 사요자와 기작성 트랜잭션을 주로 반복해서 수행하는 초보 사용자로 구분