[데이터베이스] 데이터베이스 시스템 (DBS)

본 포스팅은 "데이터베이스 개론 [2판]" 도서로 공부한 내용을 요약하기 위한 포스팅입니다.

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1. 데이터베이스 시스템의 정의 (DBS : DataBase System)

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

 

  흔히 데이터베이스, 데이터베이스 관리 시스템, 데이터베이스 시스템을 같은 의미로 사용하지만 각 용어는 분리된 개념으로 데이터베이스 시스템은 데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템(DBMS)을 이용해 조직에 필요한 정보를 제공해주는 전체 시스템이다. 

데이터베이스 시스템

 

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2. 데이터베이스 시스템의 핵심 구성 요소

  데이터베이스 시스템의 핵심 구성 요소와 그 특징에 대해 알아보기 이전에 데이터베이스 시스템의 핵심 구성요소들에는 어떤 것들이 있는지 그림으로 나타내보았다.

데이터베이스 시스템의 핵심 구성 요소

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3. 데이터베이스의 구조

3-1. 스키마(Schema)

스키마는 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것이다.

정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값이 인스턴스(Instance)이다.

 

스키마 예시

3-2. 3단계 데이터베이스 구조

3단계 데이터베이스 구조는 하나의 데이터베이스를 아래와 같이 세 단계로 나누어 이해한다.
개별 사용자 관점에서 바라보는 외부 단계 (External level)
조직 전체의 관점에서 바라보는 개념 단계 (Conceptual level)
물리적인 저장 장치의 관점에서 바라보는 내부 단계 (Internal level)

 

a.  외부 단계

  외부 단계에서는 개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현한다.

개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다르다.

이때, 사용자에게 필요한 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적 구조를 "외부 스키마(External schema)"라 한다.

 

하나의 데이터베이스에는 여러 개의 외부 스키마가 존재할 수 있다.

 

b. 개념 단계

  개념 단계에서는 데이터베이스를 이용하는 사용자들의 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)"라 한다.

 

 데이터베이스 하나에는 하나의 개념 스키마가 존재하고, 각 사용자는 개념 스키마의 일부분을 사용한다.

즉, 외부 스키마는 개념 스키마를 기초로 하여 사용자의 이용 목적에 맞게 만들어진다.

일반적으로 스키마라고 하면 개념 스키마를 의미한다.

c. 내부 단계

  내부 단계에서는 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)"라 한다.

 

내부 스키마는 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 레코드를 구성하는 필드의 크기, 인덱스를 이용한 레코드 접근 경로 등을 정의한다.

 

3단계 데이터베이스 구조

 

3-3. 데이터 독립성

  하나의 데이터베이스에는 세 가지 유형의 스키마가 존재하지만, 각각의 스키마는 데이터베이스를 바라보는 관점이 다를 뿐 모두 같은 데이터베이스를 표현한다.

실제 데이터는 물리적 저장 장치에 저장된 데이터베이스에만 존재하므로 사용자가 자신의 외부 스키마를 통해 원하는 데이터를 얻으려면 내부 스키마에 따라 저장된 데이터베이스에 접근해야 한다. 그러므로 세가지 스키마 사이에는 유기적인 대응 관계가 성립해야 한다.

 

  스키마 사이의 대응 관계를 사상 또는 매핑(mapping)이라 하며, 데이터베이스 관리 시스템은 미리 정의된 사상/매핑 정보를 이용해 사용자가 원하는 데이터에 접근 가능하다.

 

  데이터베이스를 3단계 구조로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 궁극적인 목적은 데이터 독립성(Data independency)을 실현하기 위함이다.

 

3-4. 데이터 사전

  데이터베이스는 조직 운영을 위해 필요한 실제 데이터를 저장하는데, 저장된 데이터를 올바르게 관리하고 이용하려면 필요한 부가 정보도 저장해야 한다. 대표적인 부가 정보가 스키마와 사상/매핑 정보이다.

 

  데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 곳을 데이터 사전(Data dictionary) 또는 시스템 카탈로그(System catalog)라고 하며, 데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보이므로 데이터에 대한 데이터(Data about data)를 의미해 메타 데이터(Meta data)라고도 한다.

 

  데이터 사전도 데이터를 저장하는 데이터베이스의 일종이기 때문에 시스템 데이터베이스(System database)라고도 한다.

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4. 데이터베이스 사용자 (User)

사용자(User)는 데이터베이스를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람을 의미한다.
이용 목적에 따라 크게 데이터베이스 관리자, 최종사용자, 응용 프로그래머로 나눌 수 있다.

4-1. 데이터베이스 관리자

  데이터베이스 관리자(DBA : DataBase Administrator)는 데이터베이스 시스템을 운영·관리한다.

데이터베이스를 직접 활용하기보다는 조직 내의 사용자를 위해 데이터베이스를 설계 및 구축하고, 제어한다.

 

데이터베이스 관리자의 주요 업무

• 데이터베이스 구성 요소 선정
• 데이터베이스 스키마 정의
• 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정
• 무결성 유지를 위한 제약조건 정의 : 결함이 없는 데이터만 저장될 수 있도록 필요한 규칙을 정의하여 제어.
• 보안 및 접근 권한 정책 결정
• 백업 및 회복 기법 정의
• 시스템 데이터베이스 관리 : 데이터 사전 같은 시스템 데이터베이스를 관리.
• 시스템 성능 감시 및 성능 분석 : 병목 현상(Bottleneck) 등이 발생하지 않는지 확인하고, 시스템 자원 활용도 분석
• 데이터베이스 재구성

4-2. 최종 사용자

  데이터를 조작(삽입·삭제·수정·검색)하기 위해 데이터베이스에 접근하는 사람들을 일반 사용자 또는 최종 사용자라 한다.

4-3 응용 프로그래머

  프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입하는 사용자.

 

사용자	주요 역할	주 사용 데이터 언어
데이터베이스 관리자	데이터베이스 시스템을 운영·관리	데이터 정의어 (DDL) 데이터 제어어 (DML)
최종 사용자	데이터베이스에 접근하여 데이터 조작	데이터 조작어 (DML)
응용 프로그래머	데이터 언어를 삽입하여 응용 프로그램을 작성	데이터 조작어 (DML)

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5. 데이터 언어 (Data language)

데이터베이스를 구축하고 활용 및 관리하는 데이터베이스 관리 시스템과 통신하는 수단.

 

5-1. 데이터 정의어 (DDL : Data Definition Language)

  새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어이다. 데이터 정의어로 정의된 스키마는 데이터 사전에 저장되고, 삭제나 수정이 발생하면 이 내용도 데이터 사전에 반영된다.

5-2. 데이터 조작어 (DML : Data Manipulation Language)

  사용자가 데이터의 삽입·삭제·수정·검색 등의 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어.

데이터 조작어는 설명 방식에 따라 절차적 데이터 조작어와 비절차적 데이터 조작어로 나눈다.

5-3. 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 언어이다.

 

  데이터 제어어를 이용해 규칙이나 기법을 정의하는 이유는 다음과 같은 특성을 보장하기 위해서이다.

• 무결성(Integrity) : 데이터베이스에 정확하고 유요한 데이터만 유지한다.
• 보안(Security) : 허가받지 않은 사용자가 데이터에 접근하는 것을 차단하거나, 허가도니 사용자가 접근 권한이 있는 데이터에만 접근할 수 있게 한다.
• 회복(Recovery) : 장애가 발생해도 데이터의 일관성을 유지한다.
• 동시성(Concurrency) : 여러 사용자가 같은 데이터에 동시에 접근하여 처리할 수 있게 한다.

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6. 데이터베이스 관리 시스템(DBMS)의 구성

  데이터베이스 관리 시스템은 질의 처리기(Query processor)와 저장 데이터 관리자(Stored data manager)로 구성된다.

 

6-1. 질의처리기 (Query processor)

  질의 처리기는 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할을 담당하고, 다음의 주요 구성요소들을 포함한다.

• DDL 컴파일러
• DML 컴파일러
• DML 프리 컴파일러
  : 응용 프로그램에 삽입된 데이터 조작어를 추출하여 DML 컴파일러에 전달.
• 런타임 데이터베이스 처리기 (Run-time database processor)
  : 저장 데이터 관리자를 통해 데이터베이스에 접근하여, DML 컴파일러로부터 전달받은 데이터 처리 요구를 데이터베이스에서 실제로 실행.
• 트랜잭션 관리자 (Transaction manger)
  : 데이터베이스에 접근하는 과정에서 사용자의 접근 권한이 유효한지를 검사하고, 데이터베이스 무결성을 유지하기 위한 제약조건 위반 여부를 확인한다. 회복이나 병행 수행과 관련된 작업도 담당.

 

6-2. 저장 데이터 관리자 (Stored data manager)

  디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 여기세 실제로 접근하는 역할을 담당한다.

 

데이터베이스 관리 시스템의 구성

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