[DB] 데이터베이스 시스템

3장. 데이터베이스 시스템

• DB, DBMS, DB 시스템의 차이 이해
• DB 시스템의 구성 요소
• DB의 3단계 구조에서 데이터 독립성의 개념을 실현하는 방법 이해
• DB 사용자별 특징
• DBMS의 구성

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1. 데이터베이스 시스템의 정의

데이터베이스 시스템(DBS, DataBase System)

• 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 이를 관리해 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템
• (다양한 목적의 정보 시스템 구축에 필요한 중요한 핵심 요소, 전체적인 시스템 의미)

2. 데이터베이스의 구조

스키마와 인스턴스

• 스키마(schema): 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약 조건 정의한 것
• 인스턴스(instance): 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값
  
  

3단계 데이터베이스 구조

• 사용자의 관점에 따라 데이터베이스를 세 단계로 나눔
• 외부 단계 (external level, 개별 사용자 관점)
  • DB를 개별 사용자 관점에서 이해, 표현
  • DB 하나에 외부 스키마가 여러 개 존재할 수 있음
  • 외부 스키마
    1. 외부 단계에서 사용자에게 필요한 DB를 정의한 것
    2. 각 사용자가 생각한 DB의 모습, 즉 논리적 구조 --> 사용자마다 다름 (사용자 별로 외부 스키마 존재)
    3. (= 서브 스키마)

• 개념 단계 (conceptual level, 조직 전체의 관점)
  • DB를 조직 전체의 관점에서 이해, 표현
  • DB 하나에 개념 스키마가 한 개 존재
  • 개념 스키마
    1. 개념 단계에서 DB 전체의 논리적 구조 정의한 것
    2. 조직 전체의 관점에서 생각하는 DB의 모습
    3. 전체 DB에서 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터 간에는 어떤 관계가 존재하고 어떤 제약조건 있는지에 대한 정의, 데이터에 대한 보안 정책이나 접근 권한에 대한 정의 포함
    4. (모든 사용자에게 필요한 DB 정의되어야 함 -> 오직 한 개의 개념 스키마, 일반적으로 schema라 하면 개념 스키마이다.)

• 내부 단계 (internal level, 물리적 저장 장치의 관점)
  • DB를 저장 장치의 관점에서 이해, 표현
  • DB 하나에 내부 스키마가 하나만 존재
  • 내부 스키마
    1. 전체 DB가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법 정의한 것
    2. 레코드 구조, 필드 크기, 레코드 접근 경로 등 물리적 저장 구조 정의

• 각 단계별로 다른 추상화 제공 -> 내부 단계에서 외부 단계로 갈수록 추상화 레벨 높아짐
• (※ 추상화: 인간이 이해하는 데 어려운 것은 캡슐화, 값 자체만 볼 수 있게 해주는 개념)

3단계 데이터베이스 구조의 사상 또는 매핑

• 스키마 사이의 대응 관계
  • 외부/개념 사상: 외부 스키마, 개념 스키마의 대응 관계 (= 응용 인터페이스)
  • 개념/내부 사상: 개념 스키마, 내부 스키마의 대응 관계 (= 저장 인터페이스)
    
    

• 미리 정의된 사상 정보를 이용하여 사용자가 원하는 데이터에 접근

※ 데이터베이스를 3단계 구조로 나누고 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 궁극적인 목적? 데이터 독립성의 실현 -> DBS 필요한 이유

※ 데이터 독립성

• 하위 스키마 변경하더라도 상위 스키마가 영향 받지 않는 특성
• 논리적 데이터 독립성
  • 개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마는 영향 받지 않음
  • 개념 스키마 변경되면 관련된 외부/개념 사상 (= 응용 인터페이스)만 정확하게 수정해주면 됨
    
    

• 물리적 데이터 독립성
  • 내부 스키마 변경되어도 개념 스키마는 영향 받지 않음
  • 내부 스키마 변경되면 관련된 개념/내부 사상 (= 저장 인터페이스)만 정확하게 수정해주면 됨

데이터 사전

• (= 시스템 카탈로그) , 스키마-스키마 매핑 정보(부가정보) 있어야 보호됨
• DB에 저장되는 데이터에 관한 정보, 즉 메타 데이터를 유지하는 시스템 데이터베이스 (메타 데이터: 데이터에 대한 데이터)
• 스키마, 사상 정보, 다양한 제약 정보 저장
• DBMS가 스스로 생성 + 유지
• 일반 사용자도 접근 가능하지만 저장 내용 검색만 할 수 있음
  
  

데이터 디렉터리

• 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치 정보를 저장하는 시스템 데이터베이스
• 일반 사용자의 접근 허용 X (데이터 사전과 차이)
  
  

사용자 데이터베이스

• 사용자가 실제로 이용하는 데이터가 저장되어 있는 일반 데이터베이스
  
  

3. 데이터베이스 사용자

데이터베이스 사용자

• DB를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람
• 이용 목적에 따라 DB 관리자, 최종 사용자, 응용 프로그래머로 구분

• 데이터베이스 관리자
  • 데이터베이스 시스템 운영 및 관리
  • 주로 데이터 정의어, 데이터 제어어 이용
  • 업무
    1. DB 구성 요소 선정
    2. DB 스키마 정의(설계)
    3. 물리적 저장 구조, 접근 방법 결정
    4. 무결성 유지 위한 제약조건 정의
    5. 보안 및 접근 권한 정책 결정
    6. 백업 및 회복기법 정의
    7. 시스템 데이터베이스 관리
    8. 시스템 성능 감시, 성능 분석
    9. 데이터베이스 재구성
       
       

• 최종 사용자
  • 데이터베이스에 접근해 데이터를 조작(삽입, 삭제, 수정, 검색)하는 사람
  • 주로 데이터 조작어 사용
  • 캐주얼 사용자(DDL, DML 사용 가능한 사람)와 초보 사용자로 구분
    
    

• 응용 프로그래머
  • 데이터 언어를 삽입하며 응용 프로그램 작성
  • 주로 데이터 조작어 사용
    
    

4. 데이터 언어

데이터 언어

• 사용자와 데이터베이스 관리 시스템 간의 통신 수단
• 데이터 정의어(DDL)
  • 스키마 정의, 수정, 삭제 (create, alter, drop ..)
    
    

• 데이터 조작어(DML)
  • 데이터의 삽입, 삭제, 수정, 검색 (select, insert ..)
  • 절차적 데이터 조작어 / 비절차적 데이터 조작어
    • 절차적 데이터 조작어: 사용자가 어떤 데이터를 원하고 그 데이터를 얻기 위해 어떻게 처리해야 하는지도 설명
    • 비절차적 데이터 조작어: 사용자가 어떤 데이터를 원하는지만 설명, 어떻게는 DBMS가 알아서 해줌 (= 선언적 언어라고도 함)
    • (두부를 사오는 방법까지 구체적으로 알려주는 심부름이 절차적,,, 두부를 사오라고만 지시하는 심부름이 비절차적,,,)
      
      

• 데이터 제어어(DCL)
  • 내용적으로 필요한 규칙, 기법 정의하기 위해 사용
  • 사용 목적(=특성)
    1. 무결성: 정확, 유효한 데이터만 유지
    2. 보안: 허가받지 않은 사용자의 데이터 접근 차단, 허가된 사용자에 권한 부여
    3. 회복: 장애가 발생해도 데이터 일관성 유지
    4. 동시성 제어: *동시 공유 지원
       *

5. 데이터베이스 관리 시스템의 구성

데이터베이스 관리 시스템

• 데이터베이스 관리와 사용자의 데이터 처리 요구 수행

• 주요 구성 요소

  • 질의 처리기 (query processor)

    1. 사용자의 데이터 처리 요구를 해석, 처리
    2. DDL 컴파일러, DML 프리 컴파일러, DML 컴파일러, 런타임 데이터베이스 처리기, 트랜잭션 관리자 등 포함

  • 저장 데이터 관리자 (Stored data manager)

    1. 디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리, 접근 (여기서 디스크에 저장된 데이터베이스에 접근하는 것은 운영체제의 기능이다. 즉, 저장 data 관리자는 운영체제의 도움을 받아 DB 접근을 수행한다.)

==> 1. 사용자가 데이터 조작어를 통해 날린 query나 응용 프로그램에 삽입된 형태로 날린 query를 2. DML 컴파일러가 받아 DML 컴파일러는 삽입, 삭제, 수정, 검색 요구를 분석한 다음 런타임 DB 처리기가 이해할 수 있는 형태로 해석 3. 런타임 DB 처리기는 실제로 처리 4. 저장 데이터 관리자 통해 DB 접근하고 DML 컴파일러로부터 전달받은 데이터 처리 요구를 DB에서 실제로 처리하는 역할 담당