[3] 데이터베이스 시스템

---

데이터베이스 시스템은 이전에 배웠던 내용을 포괄하는 상위 개념입니다. 그에 따라 데이터베이스 시스템은 데이터베이스, 데이터베이스 사용자, 데이터 언어, 데이터베이스 관리 시스템으로 구성됩니다.

1. 데이터베이스 시스템

1.1. 데이터베이스 시스템의 구성

데이터베이스 시스템(DBS; DataBase System)은 데이터베이스에 데이터를 저장하고, 이를 관리하여 조직에 필요한 정보를 생성해주는 시스템입니다. 1장에서 배운 데이터베이스와 2장에서 배운 데이터베이스 관리 시스템 그리고 사용자와 데이터베이스 관리 시스템과 소통을 위한 데이터 언어까지 포함하는 전체 시스템을 의미합니다.

1.2. 스키마와 인스턴스

데이터베이스는 특정 조직의 여러 사용자가 공유하여 사용할 수 있도록 데이터를 통합하여 저장한 운영 데이터의 집합입니다. 이러한 데이터베이스의 구조는 크게 스키마와 인스턴스로 구성되어 있습니다.

• 스키마(schema) : 데이터베이스에 저장되는 데이터의 구조와 제약조건을 정의한 것

• 인스턴스(instance) : 스키마에 따라 데이터베이스에 실제로 저장된 값

2. 데이터베이스 구조

2.1. 3단계 데이터베이스 구조

데이터베이스를 3단계로 나누어 구조화 하는 방법은 미국 표준화 기관인 ANSI/SPARC에서 제안되었습니다. 데이터베이스를 쉽게 이해하고 이용할 수 있도록 하나의 데이터베이스를 관점에 따라 3단계로 나눈 것입니다.

• 외부 단계 (external level) : 개별 사용자 관점 (사용자, 응용 프로그래머)

• 개념 단계 (conceptual level) : 조직 전체의 관점 (DBA)

• 내부 단계 (internal level) : 물리적인 저장 장치의 관점 (시스템 설계자)

각 단계별로 다른 추상화(abstraction)을 제공하며 내부 단계에서 외부 단계로 갈수록 추상화 레벨이 높아집니다.

이해를 돕기 위해 아파트를 짓는 상황으로 예를 들어 보겠습니다. 집주인 관점(외부 단계)에서는 자신이 살고 있는 호수의 구조에만 관심이 있습니다. 관리인 관점(개념 단계)에서는 아파트의 전체에 관심이 있습니다. 마지막으로 건설 업체 관점(내부 단계)에서는 아파트가 지어지기 이전에 물리적으로 아파트의 뼈대나 구조에 관심이 있습니다.

위의 예를 토대로 조금 더 자세히 살펴보겠습니다.

외부 단계

데이터베이스를 개별 사용자(응용 프로그래머)관점에서 이해하고 표현하는 단계입니다. 사용자마다 논리적으로 생각하고 필요한 데이터베이스의 모습은 다르기 때문에 외부 스키마는 여러 개 존재할 수 있습니다. 따라서 외부 스키마를 서브 스키마라고도 합니다.

개념 단계

데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현하는 단계입니다. 따라서 데이터베이스 하나에 개념 스키마가 하나만 존재하게 됩니다. 개념 단계에서 데이터베이스 전체의 논리적 구조를 정의하기 때문에 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터들 간의 어떤 관계가 존재하고 제약조건은 무엇인지, 데이터에 대한 보안 정책이나 접근 권한에 대한 정의 등 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스의 모습입니다.

내부 단계

데이터베이스를 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현하는 단계입니다. 개념 스키마와 마찬가지로 데이터베이스 하나에 내부 스키마가 하나만 존재합니다. 내부 단계는 전체 데이터베이스가 저장 장치에 실제로 저장되는 방법을 정의하기 때문에 레코드의 구조, 필드 크기, 레코드의 접근 경로 등 물리적 저장 구조에 대한 내용을 담고 있습니다.

2.2. 3단계 데이터베이스 구조의 사상 또는 매핑

어떠한 프로그램이 DBMS를 통해 데이터베이스에 접근하려고 한다면 DBMS는 3단계 스키마의 대응 관계를 알아야 합니다. 이처럼 스키마의 대응 관계를 매핑 또는 사상이라고 합니다.

예를 들어, 외부 스키마의 고객 번호는 내부 스키마의 번호와 대응 관계에 있고 내부 스키마의 번호는 외부 스키마의 번호와 대응 관계에 있는 것을 알아야 합니다. 이러한 매핑은 DBMS의 데이터 독립성 실현에 중요한 역할을 담당합니다. 데이터 독립성은 하위 스키마가 변경 되어도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성을 의미합니다.

외부/개념 사상

외부/개념 사상은 응용 인터페이스라고도 하며, 특정 외부 스키마와 개념 스키마 간의 대응 관계를 정의합니다. 만약 개념 스키마가 변경 된다면 외부/개념 사상만 올바르게 수정하면 됩니다. 이 과정에서 외부 스키마는 어떠한 영향을 받지 않기 때문에 논리적 데이터 독립성을 실현할 수 있습니다.

개념/내부 사상
개념/내부 사상은 저장 인터페이스라고도 하며, 개념 스키마와 내부 스키마 간의 대응 관계를 정의합니다. 만약 내부 스키마가 변경 된다면 마찬가지로 개념/내부 사상만 올바르게 수정하여 물리적 데이터 독립성을 실현할 수 있습니다.

2.3. 데이터 사전

데이터 사전(data dictionary)은 시스템 카탈로그(system catalog)라고도 합니다. 데이터베이스에 저장되는 데이터에 대한 정보(메타 데이터)를 저장하고 유지하는 시스템 데이터베이스입니다. 따라서 데이터 사전에는 스키마, 사상 정보, 다양한 제약 조건 등이 저장되어 있으며 데이터베이스 관리 시스템이 스스로 생성하고 유지하게 됩니다. 일반 사용자도 접근이 가능하지만 보통 저장된 내용을 검색만 할 수 있습니다.

2.3. 데이터 디렉토리 & 사용자 데이터베이스

데이터 디렉토리는 데이터 사전에 있는 데이터에 실제로 접근하는데 필요한 위치 정보를 저장하는 시스템 데이터베이스 입니다. 일반 사용자의 접근은 허용되지 않습니다.

사용자 데이터베이스는 사용자가 실제로 이용하는 데이터 저장되어 있는 일반 데이터베이스를 의미합니다.

3. 데이터베이스 사용자

3.1. 데이터베이스 관리자

데이터베이스 관리자는 데이터베이스 시스템을 운영하고 관리하는 사람입니다. 보통 데이터 정의어와 데이터 제어어를 사용하는 사용자입니다. 데이터베이스 관리자는 스키마, 물리적 저장 구조 및 접근 정의, 보안 및 접근 권한 정책 결정, 무결성 유지를 위한 제약조건 정의, 백업 및 회복 정의, 시스템 데이터베이스 관리 등의 업무를 하게 됩니다.

3.2. 최종 사용자 (일반 사용자)

보통 회사에 입사하게 되면 이미 데이터베이스 관리자에 의해 데이터베이스가 설계되어 운영되고 있습니다. 이러한 환경에서 최종 사용자는 데이터베이스에 접근하여 데이터 조작어를 통해 데이터를 조작(삽입, 삭제, 수정, 검색)을 하는 사용자입니다.

3.3. 응용 프로그래머

응용 프로그래머는 데이터 언어를 삽입하여 응용 프로그램을 개발하는 사람입니다. 보통 데이터 조작어를 사용하게 됩니다.

4. 데이터 언어

데이터 언어는 사용자와 데이터베이스 관리 시스템 간의 통신 수단입니다. 사용 목적에 따라 데이터 정의어, 데이터 조작어, 데이터 제어어로 구분되어 집니다.

• 데이터 정의어(DDL; Data Define Language) : 스키마 정의, 수정, 삭제

• 데이터 조작어(DML; Data Manipulation Language) : 데이터 삽입, 삭제, 수정, 검색

  • 절차적 데이터 조작어 : 사용자가 원하는 데이터를 얻기 위해 어떻게 처리해야 하는지 설명 (관계 데이터 연산)

  • 비절차적 데이터 조작어 : 결과적으로 사용자가 원하는 데이터에 대해서만 설명 (SQL)

• 데이터 제어어(DCL; Data Control Language) : 내부적으로 필요한 규칙이나 기법 정의

  • 무결성(정확하고 유효한 데이터만 유지), 보안, 회복, 동시성 제어 목적

5. 데이터베이스 관리 시스템의 구성

데이터베이스 관리 시스템은 2장에서 파일 시스템의 문제를 해결하기 위한 소프트웨어로 정의했습니다. 즉, 데이터베이스 관리와 사용자의 데이터 처리 요구를 수행하기 위한 시스템입니다.

데이터베이스 관리 시스템의 주요 구성 요소

• 질의 처리기 (query processor) : 사용자의 데이터 처리 요구를 해석하여 처리

  • DDL 컴파일러

  • DML 프리 컴파일러

  • DML 컴파일러

  • 런타임 데이터베이스 처리기

  • 트랜잭션 관리자

  • etc.

• 저장 데이터 관리자 (stored data manager) : 디스크에 저장된 사용자 데이터베이스와 데이터 사전을 관리하고 실제로 접근하는 역할을 담당