DB 기초

데이터베이스란 조직에 필요한 정보를 얻기 위해 논리적으로 연관된 데이터를 모아 구조적으로 통합한 것. 혹은 여러 사람이 공용으로 사용하기 위해 통합하고 저장한 운영 데이터의 집합.

I. 데이터베이스를 사용하는 이유

데이터는 사물이나 현상을 관찰, 분석하여 도출한 실제 값이고, 그 값들에게 의미를 부여하면 정보가 된다. 그런 정보들을 모아 사람이 이해할 수 있는 논리로 가공하면 그것이 지식이다. 전산화가 기본이 된 현 시대의 대부분의 업무는 계속해서 데이터가 발생한다. 그것들을 효율적으로 저장하고 검색할 수 있도록 하며, 의미있는 논리 구조로 연결지음으로서 원하는 방식으로 재가공할 수 있어야 발전이 가능하다. 데이터베이스는 바로 그것을 위해 존재한다.

II. 데이터베이스 시스템

데이터베이스 시스템은 데이터의 검색과 변경 작업이 주를 이루며, 그 빈도에 따라 구축 난이도가 달라진다. 검색과 변경이 많은 대규모 업무일수록 구축 난이도가 올라간다. 증권 데이터베이스 시스템이 그 예시이다.

III. 데이터베이스의 특징

데이터베이스로 다루는 데이터의 종류는 크게 네 가지로 나뉜다.

• 통합된 데이터: 여러곳에서 사용하던 데이터를 통합하여 하나로 저장한 데이터. 통합 과정에서 발생하는 중복을 최소화함으로서 불일치 현상을 없애는것이 관건임.
• 저장된 데이터: 문서가 아닌 컴퓨터 저장 장치에 저장된 데이터를 의미함.
• 운영 데이터: 조직에서 어떤 업무를 위해 검색할 목적으로 저장된 데이터.
• 공용 데이터: 한 사람, 한가지 목적을 위해 사용되는 데이터가 아니라 여러 사람이 여러 프로그램에서 사용할 수 있는 데이터

데이터베이스의 특징은 다음과 같다.

• 실시간 접근: 요청한 순간 서버는 클라이언트가 원하는 결과를 응답해줌.
• 지속적인 변화: 데이터는 삽입, 삭제, 수정으로 인해 계속 변화함.
• 동시 공유: 같은 시간에 업무를 하는 여러 사람들에게 동시에 공유됨.
• 내용으로 참조: 물리적 위치가 아닌 사용자가 알고있는 데이터 값으로, 그 값과 함께 조건을 제시하여 검색을 수행함. '학번'이라는 실제 값으로 학사 데이터베이스에서 그 학생의 '성적'이라는 또다른 값을 검색할 수 있는것이 그 원리임.

IV. 데이터베이스 시스템의 발전

아날로그 시대에는 수기로 작성하고 사람이 기억했지만, 컴퓨터 기술의 발전과 함께 많은 양의 데이터를 저장할 수 있게 되고, 인터넷이 대중적으로 자리잡으며 활용 분야도 매우 다양해짐.

정보 시스템은 다음과 같이 발전함

flowchart
c1["파일 시스템"];
c1 --> c2["데이터베이스 시스템"];
c2 --> c3["웹 데이터베이스 시스템"];
c3 --> c4["분산 데이터베이스 시스템"];

파일 시스템

• 데이터를 파일 단위로 서버에 저장
• 각 컴퓨터들이 서버와 LAN으로 연결하여 응용 프로그램에서 수정
• 여러 컴퓨터가 개별적으로 동시에 파일을 다루므로 중복 및 일관성 훼손 위험

graph TD
  subgraph "클라이언트"
      direction LR
      Client1[컴퓨터]
      Client2[컴퓨터]
      Client3[컴퓨터]
  end

  LAN((LAN))

  FileServer[파일 서버]
  FileStorage[(파일)]

  Client1 --- LAN
  Client2 --- LAN
  Client3 --- LAN
  LAN --- FileServer
  FileServer --- FileStorage

데이터베이스 시스템

• DBMS 도입으로 서버에서 데이터를 통합 관리
• 서버/클라이언트 구조로, 클라이언트가 데이터를 가진 서버에 요청하면 서버가 응답하는 방식
• 서버 혼자서 파일을 다루며 일관성 유지, 복구, 동시 접근 제어
• 저장 전 구조 설계로 중복 방지, 데이터 표준화로 무결성 확보

graph TD
  subgraph "클라이언트"
      direction LR
      Client1[컴퓨터]
      Client2[컴퓨터]
      Client3[컴퓨터]
  end

  LAN((LAN))

  DBServer[DBMS 서버]
  Database[(데이터베이스)]

  Client1 --- LAN
  Client2 --- LAN
  Client3 --- LAN
  LAN --- DBServer
  DBServer --- Database

웹 데이터베이스 시스템

• 데이터베이스를 웹 브라우저로 사용할 수 있도록 서비스
• 불특정 다수를 대상으로 하는 고객 응대 시스템에 도입

graph LR
  DBServer[DBMS 서버]
  Database[(데이터베이스)]

  DBServer --- Database

  subgraph "외부 클라이언트"
      Remote1[컴퓨터]
      Remote2[컴퓨터]
      Remote3[컴퓨터]
  end

  DBServer --- Internet
  Internet --- Remote1
  Internet --- Remote2
  Internet --- Remote3
  

분산 데이터베이스 시스템

• 여러 곳에서 발생한 데이터들을 각각 저장하거나, 그 분산 저장된 데이터들간 상호 연동 작업을 수행
• 대기업으로 갈수록, 서비스 규모가 거대해질수록 필요성이 커짐

graph LR
DBServer1[DBMS 서버 1]
Database1[(데이터베이스 1)]

DBServer2[DBMS 서버 2]
Database2[(데이터베이스 2)]

DBServer1 --- Database1
DBServer2 --- Database2

DBServer1 --- Internet
DBServer2 --- Internet

V. 파일 시스템과 DBMS

데이터는 항상 변경이 일어나기에, 프로그램 내부에 저장하는 방식이 아닌 하드디스크에 물리적으로 저장될 필요가 있음.

데이터는 정의와 값으로 구성됨. 두 시스템의 차이는 정의와 값을 관리하는 별도의 주체 유뮤의 차이임.

• 파일시스템: 프로그램이 종료되어도 데이터가 유지되지만, 데이터 구조가 바뀌면 불편이 따름. 또 여러의 프로그램이 그 데이터를 필요로 할 경우 파일을 동시에 열 수 없다는 문제가 있음.
• DBMS: 정의와 값을 소프트웨어가 관리함. 데이터 정의, 데이터 변경을 수행하고 다른 프로그램에서 전용 언어로 접근할 수 있도록 인터페이스를 제공함.

CPU와 램을 더 많이 사용하는건 DBMS지만, 메모장과 같은 별도의 응용프로그램으로 열어야 하는 파일과 달리 SQL언어로 다른 응용프로그램에서 쉽게 접근이 가능함.

DBMS의 장점

• 데이터 중복 최소화
• 데이터 일관성 유지
• 데이터 독립성 유지
• 관리 기능 제공
• 개발 생산성 향상
• 데이터 무결성 유지
• 데이터 표준 준수 용이

VI. 데이터베이스 시스템의 구성

데이터베이스의 기본 구성은 다음과 같음

1. 관리 시스템(DBMS): 데이터를 관리하는 소프트웨어 시스템. 요청에 응답하고 검색, 삭제, 수정을 수행함.
2. 데이터베이스: 실제 값들을 모아 저장한 토대. 컴퓨터의 하드디스크에 존재함.
3. 데이터 모델: 데이터가 저장되는 방식에 대한 논리적 구현. 데이터가 저장되는 스타일.

데이터베이스 언어인 SQL은 다음과 같음

1. 데이터 정의어(DDL): DBMS에 저장된 테이블 구조를 작성하는데 사용. 에: CREATE, ALTER, DROP
2. 데이터 조작어(DML): 데이터를 검색, 삽입, 삭제, 수정하는데 사용. 예: SELECT, INSERT, DELETE, UPDATE
3. 데이터 제어어(DCL): 데이터 사용 권한을 관리하는데 사용. 예: GRANT, REVOKE

데이터베이스 사용자는 크게 네가지로 구분함

• 일반 사용자: 개발자가 만든 프로그램으로 데이터베이스에 접근하여 업무를 처리하는 사람
• 응용 프로그래머: 일반 사용자를 위해 데이터베이스에 접근하는 프로그램을 만드는 사람
• SQL 사용자: 프로그램으로 조작할 수 없는 데이터베이스 업무를 SQL로 처리하는 사람
• 데이터베이스 관리자( DBA): 운영 조직의 데이터베이스 시스템을 총괄하는 사람

flowchart
USER@{ shape: circle, label: "일반 사용자" }
PROGRAMER@{ shape: circle, label: "프로그래머" }
SQL@{ shape: circle, label: "SQL 사용자" }
DB@{ shape: cyl, label: "데이터베이스" }


USER <-->|사용| 프로그램
프로그램 <-->|접근/조회| DB
PROGRAMER -->|제작| 프로그램
PROGRAMER -->|구축| DB
SQL -->|관리| DB

DBMS는 주기억장치에 저장되어 사용자와 데이터베이스를 연결해주는 소프트웨어로, 다음과 같이 구성된다.

1. DML/DDL 컴파일러: SQL을 번역함
2. Embeded DML 컴파일러: 응용 프로그램에 삽입된 SQL을 번역함
3. 질의처리기: 번역된 SQL을 처리
4. 이외 트랜잭션 관리자, 파일 관리자, 버퍼 관리자 등

flowchart
C1["DML/DDL 컴파일러"]
C2["Embeded DML 컴파일러"]
SQL --> C1
프로그램 --> C2
C1 -->|번역| 질의처리기
C2 -->|번역| 질의처리기

subgraph "관리자"
Remote1[트랜잭션 관리자]
Remote2[파일 관리자]
Remote3[버퍼 관리자]
end

질의처리기 <--> 관리자
관리자 <--> DB[(데이터베이스)]

하드디스트에 저장된 데이터베이스는 다음으로 구성됨

1. 데이터 파일: 실제 데이터가 쓰여진 파일
2. 인덱스: 원하는 데이터에 빠르게 접근하기 위한 목차
3. 데이터 사전: 데이터에 대한 정보

DBMS의 주요 기능

• 데이터 정의: 데이터 구조를 정의하고 구조에 대한 삭제 및 변경 수행
• 데이터 조작: 프로그램의 요청에 의해 데이터의 검색, 삽입, 수정, 삭제를 수행
• 데이터 추출: 사용자가 조회하는 데이터를 추출
• 데이터 제어: 데이터베이스 사용자를 생성, 접근 권한 관리. 백업 및 동시성 제어등의 기능을 수행

VII. 데이터 모델

데이터베이스 시스템에서 데이터를 저장하는 이론적인 방법을 의미. 현재 가장 많이 사용되는 모델은 관계 데이터 모델임. 이외 게층 데이터 모델, 네트워크 데이터 모델, 객체 데이터 모델, 객체-관계 데이터 모델등이 있음.

데이터 모델의 구분 기준은 데이터 간 관계를 표현하는 방법임.

1. 포인터 사용: 계층 데이터 모델, 네트워크 데이터 모델 데이터에 그와 관계된 다른 데이터의 포인터 값을 저장하여 찾아가는 방법. 빠르지만 개발 생산성 낮음
2. 속성값 사용: 관계 데이터 모델 데이터에 그와 관계된 다른 데이터의 속성을 저장하여 찾아가는 방법. 느리지만 개발 생산성 높음
3. 객체 식별자 사용: 객체 데이터 모델 객체의 고유 시별자인 oid를 이용하는 방법. 객체지향 언어의 장점을 결합한 것.

flowchart
subgraph "포인터 사용"
A["데이터 A
관계 포인터: 101"]
B["데이터 B
포인터 주소: 101"]
A -->|포인터값 101로 직접 접근| B
end 

flowchart
subgraph "속성값 사용"
A["데이터 A
관계 속성값: b1"]
B["데이터 B
속성: b1, b2, b3, ..."]
A -->|b1로 검색| DBMS
DBMS -->|b1로 접근| B
end 

flowchart
subgraph "객체 식별자 사용"
A["데이터 A (객체)
관계 oid: 7127361"]
B["데이터 B (객체)
oid: 7127361"]
A -->|oid로 직접 접근| B
end 

VIII. 3단계 데이터베이스 구조

데이터베이스 이해를 위해 ANSI에서 제시한 개념이다. 데이터베이스를 보는 관점을 3단계로 분리함으로서 복잡한 구조를 단순화하였다.

1. 외부 스키마: 일반 사용자/응용 프로그래머가 접근하는 하나의 논리적인 부분을 의미. 여러개일 수 있음.
2. 개념 스키마: DBA가 관리하는 전체 데이터베이스의 정의를 의미. 하나만 존재함.
3. 내부 스키마: 하드디스크에 실제로 저장되는 방법을 의미. 하나만 존재함.

flowchart
ES1[외부 스키마 1]
ES2[외부 스키마 2]
ES3[외부 스키마 3]
CS[개념 스키마]
IS[내부 스키마]
ECM@{ shape: braces, label: "외부/개념 매핑" }
CIM@{ shape: braces, label: "개념/내부 매핑" }

ES1 <--> ECM
ES2 <--> ECM
ES3 <--> ECM
ECM <--> CS
CS <--> CIM
CIM <--> IS
IS <--> DB[(물리적 데이터)]

3단계 데이터베이스 구조는 데이터 독립성을 표현한다. 데이터 독립성이란 한 단계 내에서 변경이 발생해도 다른 단계엔 영향을 주지 않는것을 의미하며 두 가지로 구분한다.

• 논리적 데이터 독립성(외부-개념): 논리적 구조등의 변경으로 개념 스키마가 변경되어도 응용 프로그램에는 영향이 없다.
• 물리적 데이터 독립성(개념-내부): 저장 장치 구조 변경등으로 내부 스키마가 변경되어도 개념 스키마에는 영향이 없다.