1. 데이터베이스 시스템의 정의
데이터베이스 시스템(DBS; DataBase System)은 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 저장된 데이터를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해 주는 시스템이다.
데이터베이스, 데이터베이스 관리 시스템, 데이터베이스 시스템의 개념을 구분하고 관계를 명확히 이해할 필요가 있다.
- 데이터베이스 : 데이터를 저장해두는 곳. 저장된 데이터의 집합
- 데이터베이스 관리 시스템 : 데이터베이스에 저장된 데이터가 일관되고 무결한 상태로 유지되도록 관리하는 역할
- 데이터베이스 시스템 : 데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템을 이용해 조직에 필요한 정보를 제공해 주는 전체 시스템
데이터베이스와 데이터베이스 관리 시스템은 데이터베이스 시스템의 핵심 구성 요소다.
2. 데이터베이스의 구조
▶ 스키마
스키마(schema)는 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것이다.
위 그림은 스키마를 그림으로 간략히 표현한 것이다. 고객번호와 나이는 정수로, 이름은 최대 10자의 문자열, 주소는 최대 20자의 문자열만 허용하기로 하였고, 이렇게 정해진 모든 내용이 스키마다.
정의된 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값이 인스턴스(instance)다. 보통 스키마는 한번 정의되면 자주 변경되지 않지만, 인스턴스는 계속 변하는 특성이 있다.
▶ 3단계 데이터베이스 구조
데이터베이스를 사용하기 위해서 복잡한 내부 구조와 동작 방식을 모두 이해하고 있어야 한다면 일반 사용자에게 데이터베이스는 그림의 떡이다.
미국의 표준화 기관 ANSI/SPARC에서 일반 사용자가 쉽게 데이터베이스를 사용할 수 있도록 3단계 데이터베이스 구조(3-level database architecture)를 제안했다.
3단계 데이터베이스 구조의 개념
3단계 데이터베이스 구조는 하나의 데이터베이스를 세 단계로 나누어 이해한다.
- 외부 단계(external level) : 개별 사용자 관점에서 바라본다.
- 개념 단계(conceptual level) : 조직 전체의 관점에서 바라본다.
- 내부 단계(internal level) : 물리적인 저장 장치의 관점에서 바라본다.
각 단계별로 다른 추상화(abstraction)를 제공하면 데이터베이스를 효과적으로 관리할 수 있다.
내부 단계에서 외부 단계로 갈수록 추상화 레벨이 높아진다. 3단계 데이터베이스 구조를 통해 모든 데이터의 저장, 유지와 관련된 복잡한 내용을 숨기고 필요한 데이터만 단순화한 외부 단계의 관점을 일반 사용자들에게 제공할 수 있다.
아파트에는 여러 세대가 살고 있다. 각 세대의 주민들은 자기 집에만 관심이 있고, 다른 집까지 알 필요는 없다. 철수나 영희의 관점에서 아파트를 바라보는 것이 외부 단계다.
아파트 관리인은 특정한 집 하나에만 관심을 두면 안 되고 모든 방에 관심을 가져야 한다. 관리인의 관점에서 아파트를 바라보는 것이 개념 단계다.
하지만 아파트 관리인도 건물의 뼈대가 어떻게 생겼는지, 콘크리트는 어떤 걸 사용하였는지는 알 수가 없다. 그것은 아파트 건설 업체의 관심사다. 이처럼 아파트 건설 업체의 관점에서 바라보는 것이 내부 단계다.
외부 단계
외부 단계는 개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현한다.
개별 사용자가 데이터베이스를 어떻게 보는가를 표현하므로 사용자마다 생각하는 데이터베이스의 구조가 다르다.
이처럼 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 외부 스키마(external schema)라 한다. 외부 스키마는 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적인 구조로, 사용자마다 다르다.
하나의 데이터베이스에는 외부 스키마가 여러 개 존재할 수 있고, 외부 스키마 하나를 목적이 같은 사용자들이 공유할 수 있다.
외부 스키마를 서브 스키마(sub schema)라고도 한다.
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. 이를 개념 스키마(conceptual schema)라 한다.
개념 스키마는 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습이며, 모든 개별 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 하나로 합친 형태다.
하나의 데이터베이스에는 개념 스키마가 하나만 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.
내부 단계
내부 단계에서는 데이터베이스를 디스크나 테이프 같은 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현한다. 즉, 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하며 이를 내부 스키마(internal schema)라고 한다.
내부 스키마는 데이터베이스의 개념 스키마에 대한 물리적인 저장 구조를 표현하므로 하나의 데이터베이스에 하나만 존재한다.
▶ 데이터 독립성
하나의 데이터베이스에는 세 가지 유형의 스키마가 존재하지만, 각각의 스키마는 데이터베이스를 바라보는 관점이 다를 뿐 모두 같은 데이터베이스를 표현한다.
사용자가 자신의 외부 스키마를 통해 원하는 데이터를 얻으려면 내부 스키마에 따라 저장된 데이터베이스에 접근해야 하며, 그렇기에 세 가지 스키마 사이에 유기적인 대응 관계가 성립되어야 한다.
스키마 사이의 대응 관계를 사상 또는 매핑(mapping)이라 한다.
외부 스키마와 개념 스키마는 외부/개념 사상에 의해 대응되고, 개념 스키마와 내부 스키마는 개념/내부 사상에 의해 대응된다.
데이터베이스를 3단계로 나누고, 단계별로 스키마를 유지하며 스키마 사이의 대응 관계를 정의하는 목적은 데이터 독립성(data independency)을 실현하기 위해서다.
데이터 독립성은 하위 스키마를 변경해도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성이다.
논리적 데이터 독립성
논리적 데이터 독립성은 개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마가 영향을 받지 않는 것이다.
외부/개념 사상은 외부 스키마와 개념 스키마의 대응 관계를 정의한 것으로, 응용 인터페이스(application interface)라고도 한다.
물리적 데이터 독립성
물리적 데이터 독립성은 내부 스키마가 변경되어도 개념 스키마가 영향을 받지 않는 것이다. 결과적으로는 외부 스키마도 영향을 받지 않는다.
개념/내부 사상은 개념 스키마와 내부 스키마의 대응 관계를 정의한 것으로, 저장 인터페이스(storage interface)라고도 한다.
▶ 데이터 사전
데이터베이스는 조직 운영에 필요한 실제 데이터를 저장하는데, 저장된 데이터를 올바르게 관리하고 이용하려면 필용한 부가 정보도 저장해야 한다. 대표적인 부가 정보는 스키마와 사상 정보다.
데이터베이스에 저장되는 데이터에 관한 정보를 저장하는 곳을 데이터 사전(data dictionary) 또는 시스템 카탈로그(system catalog)라고 한다. 데이터 사전은 데이터를 정확하고 효율적으로 이용하기 위해 참고해야 하는 스키마, 사상 정보, 다양한 제약조건 등을 저장하고 있다.
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.
이와 구별하기 위해서 사용자가 실제로 이용하는 데이터가 저장되는 일반 데이터베이스를 사용자 데이터베이스(user database)라 부르기도 한다.
데이터베이스 관리 시스템은 데이터 사전에 내용르 추가하거나 수정할 수 있지만, 사용자는 저장 내용을 검색만 할 수 있다.
데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는 데 필요한 위치 정보는 데이터 디렉터리(data directory)라는 곳에서 관리한다.
데이터 사전은 사용자가 접근할 수 있고, 데이터 디렉터리는 시스템만 접근할 수 있다.
3. 데이터베이스 사용자
사용자는 데이터베이스를 이용하기 위해 접근하는 모든 사람을 의미한다. 이용 목적에 따라 3가지로 나눌 수 있다.
▶ 데이터베이스 관리자
데이터베이스 관리자(DBA; DataBase Administrator)는 데이터베이스 시스템을 운영, 관리한다.
조직 내의 사용자를 위해 데이터베이스를 설계 및 구축하고, 제대로 서비스할 수 있도록 데이터베이스를 제어한다.
데이터 언어 중 주로 데이터 정의어와 데이터 제어어를 이용한다.
데이터베이스 관리자의 주요 업무는 다음과 같다.
- 데이터베이스 구성 요소 선정
- 데이터베이스 스키마 정의
- 물리적 저장 구조와 접근 방법 결정
- 무결성 유지를 위한 제약조건 정의
- 보안 및 접근 권한 정책 결정
- 백업 및 회복 기법 정의
- 시스템 데이터베이스 관리
- 시스템 성능 감시 및 성능 분석
- 데이터베이스 재구성
▶ 최종 사용자
데이터를 조작(삽입 · 삭제 · 수정 · 검색)하기 위해 데이터베이스에 접근하는 사람들을 일반 사용자 또는 최종 사용자(end user)라고 한다.
주로 데이터 조작어를 사용한다.
최종 사용자는 캐주얼 사용자(casual end user)와 초보 사용자(native end user)로 구분할 수 있다.
▶ 응용 프로그래머
응용 프로그래머(application programmer)는 프로그래밍 언어로 응용 프로그램을 작성할 때 데이터베이스에 접근하는 데이터 조작어를 삽입하는 사용자다.
4. 데이터 언어
데이터 언어(data language)는 사용자가 데이터베이스를 구축하고 이에 접근하기 위해 데이터베이스 관리 시스템과 통신하는 수단이다.
▶ 데이터 정의어
데이터 정의어(DDL; Data Definition Language)는 새로운 데이터베이스를 구축하기 위해 스키마를 정의하거나 기존 스키마의 정의를 삭제 또는 수정하기 위해 사용하는 데이터 언어다.
데이터 정의어로 정의된 스키마는 데이터 사전에 저장되고, 삭제나 수정이 발생하면 이 내용도 데이터 사전에 반영된다.
▶ 데이터 조작어
데이터 조작어(DML; Data Manipulation Language)는 사용자가 데이터의 삽입 · 삭제 · 수정 · 검색 등의 처리를 데이터베이스 관리 시스템에 요구하기 위해 사용하는 데이터 언어다.
▶ 데이터 제어어
데이터 제어어(DCL; Data Contorl Language)는 데이터베이스에 저장된 데이터를 여러 사용자가 무결성과 일관성을 유지하며 문제없이 공유할 수 있도록, 내부적으로 필요한 규칙이나 기법을 정의하는 데 사용하는 데이터 언어다.
데이터 제어어는 다음과 같은 특성을 보장하기 위해서 규칙과 기법을 정의한다.
- 무결성(integrity) : 정확하고 유효한 데이터만 유지한다.
- 보안(security) : 허가받지 않은 사용자가 접근하는 것을 차단하고, 허가된 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.
5. 데이터베이스 관리 시스템의 구성
데이터베이스 관리 시스템은 데이터베이스를 관리하고 사용자의 데이터 처리 요구를 수행하기에 데이터베이스 시스템의 주요 구성 요소다.
데이터베이스 시스템의 구성 요소로는 다음과 같이 있다.
- 질의 처리기(query processor) : 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리하는 역할을 담당한다.
DDL 컴파일러, DML 프리 컴파일러, DML 컴파일러, 런타임 데이터베이스 처리기, 트랜잭션 관리자 등을 포함한다. - 저장 데이터 관리자(stored data manager) : 디스크에 저장된 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고, 실제로 접근하는 역할을 담당한다.
▶ 그림으로 정리
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