CS_공부 도전(DB)_01 😀

안녕하세요! leebeanbin입니다.

비전공자로써 해결해야 할 과제가 참 많은데요,,, 개중에 하나인 CS 스터디를 드디어 시작하게 되었습니다! 아직 저는 너무 감자인데 🥔 :(

CS 1주차 주제!

📌 파일시스템과 데이터베이스의 차이

파일 시스템은 파일을 단순히 디렉터리 구조로 저장하고 관리하는 시스템이다. 운영체제와 함께 설치되고 응용 프로그램 별로 필요한 데이터를 별도의 파일로 관리한다.

❓ 이러한 응용프로그램의 파일시스템을 이용해서 물론 데이터를 다룰 수 있겠지만 그 데이터의 개수가 기하급수적으로 많아지게 된다면 어떻게 될까?

• 파일시스템은 위의 사진에서 보는 것을 참고하여 알 수 있듯이, 운영체제와 같이 설치되어 각 응용프로그램에 별도 데이터를 관리하게 된다. 그렇기 때문에 같은 데이터를 공유하고 있는 파일이 여러개가 있다면 그 데이터가 별로로 수정되는 부분에 대하여 동시 공유가 안되기 때문에 데이터가 일관적으로 관리가 될 수 없고 같은 내용을 여러번 반복해서 나타내기에 그 만큼 불필요한 저장공간을 사용하게 된다.

• 파일시스템에서 확인 할 수 있는 문제 였던 데이터의 중복성, 종속성, 일관성에 대한 것을 해결하기 위해서 나온 것이 DBMS 입니다. DataBase는 데이터를 테이블의 형식으로 저장하며, 데이터 간의 관계를 설정 할 수 있다.

  mysql> CREATE TABLE topic(
      -> id INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
      -> title VARCHAR(100) NOT NULL,
      -> description TEXT NULL, 
      -> created DATETIME NOT NULL, 
      -> author VARCHAR(15) NULL, 
      -> profile VARCHAR(200) NULL 
      -> );

CREATE TABLE 제품 (

제품번호 CHAR(3) NOT NULL,
제품명 VARCHAR(2),
재고량 INT,
단가 INT,
제조업체 VARCHAR(2),
PRIMARY KEY(제품번호),
CHECK (재고량 〉=  AND 재고량 〈= 1)
);

CREATE TABLE 주문 (

주문번호 CHAR(3) NOT NULL,
주문고객 VARCHAR(2),
주문제품 CHAR(3),
수량 INT,
배송지 VARCHAR(3),
주문일자 DATETIME,
PRIMARY KEY(주문번호),
FOREIGN KEY(주문고객) REFERENCES 고객(고객아이디),
FOREIGN KEY(주문제품) REFERENCES 제품(제품번호)

);

• 위의 코드블럭과 같이 테이블에 대한 이름과 각 컬럼에 넣을 데이터 타입을 입력하는 것이 아주 기본적인 과정이라고 할 수 있다. 이러한 데이터의 집합을 데이터 베이스라고 하고 그런 데이터를 DBMS라는 시스템 안에서 통합관리를 하여 기존에 파일시스템에서 가지고 있던 문제인 데이터의 중복, 종속, 손상된 데이터에 대한 통합 관리 등을 하면서 각 사용자가 원하는 데이터를 목적에 맞게 보게 할 수 있다.

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📌 데이터베이스의 특징

🚨 요약하면, 데이터 무결성, 일관성, 독립성, 동시 제어, 보안, 백업 및 회복, 쿼리 언어으로 볼 수 있다. 쿼리 언어를 이용하여 데이터를 삽입하고 수정하는 등의 가공 작업을 한다.

• 지속성
  데이터베이스는 데이터를 영구적으로 저장한다. 예를들어 사용자 정보를 데이터베이스에 저장하면 서버 재부팅 후에도 그 정보는 사라지지 않고 유지된다.
• 공유성
  다수의 사용자가 동시에 데이터베이스에 접근할 수 있다. 하지만 이러한 접근도 권한을 받은 사람에 한에서만 가능하고 권한에 따라 읽기 및 수정도 가능하다.
  
• 일관성
  데이터베이스는 일관된 상태를 유지한다. 여러 트랜젝션(❓)을 처리할 때, 데이터베이스는 항상 일관된 상태를 유지하도록 한다.

  💡트렌젝션이란, 데이터베이스에 데이터를 넣기 위한 작업의 단위를 말한다.

  • 이러한 트렌젝션을 생각할때 오해하면 안되는 것이 여기서 말하는 작업은 내가 원하는 결과를 도출하는 과정에서 입력되는 커맨드를 모두 묶어 하나의 작업으로 명명한다. (ex. INSERT, SELECT 등등의 커맨드를 이용하여 SQL에 접근하여 데이터를 처리하는 것이다. )

• 안전성
  데이터베이스는 데이터 손실을 방지하기 위한 백업 및 복구 매커니즘을 제공합니다.

장점	단점
□ 데이터 중복을 통제할 수 있다	□ 비용이 많이 든다
□ 데이터 독립성이 확보된다	□ 백업과 회복 방법이 복잡하다
□ 데이터를 동시 공유할 수 있다	□ 중앙 집중 관리로 인한 취약점이 존재한다
□ 데이터 보안이 향상된다
□ 데이터 무결성을 유지할 수 있다
□ 표준화할 수 있다
□ 장애 발생 시 회복이 가능하다
□ 응용 프로그램 개발 비용이 줄어든다

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📌 DBMS란?

DBMS는 우리가 DataBase Management System의 약자로서, 우리가 흔히 데이터베이스라고 명명하지만, 실제 데이터베이스에서 각 사용자가 원하는 데이터를 저장,관리,검색,갱신하는 총괄 소프트웨어 입니다.

💡 DBMS의 역할
DBMS는 우리가 가지고 있는 데이터의 무결성을 유지하고 일관성을 보장하는 것이다. 하지만, 이러한 데이터베이스에 너무 의존하는 것은 좋지 않다. 왜냐하면 실제로 DBMS는 우리가 데이터를 효율적으로 관리하는 것을 도와주지만, 취약점이 존재 할 수 있고 그 점으로 인해 데이터가 손실되는 문제를 야기 할 수 있다.

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📌 Schema가 무엇이고 3단계 데이터베이스 구조는 뭘까?

• 위의 질문에서 데이터베이스는 전체적인 데이터를 총괄 관리를 하며 사용자가 원하는 데이터에 맞춰서 가공이 가능하다라고 말했습니다. 여기서 가공이라고 함은 SQL 언어를 통해 데이터를 삽입, 삭제, 검색, 수정하는 등의 트랜젝션을 의미합니다.

💡 DataBase's 3 steps

✅ External Schema(for user)
사용자가 큰 범위안에 있는 데이터들 중 사용하고자 하는 데이터를 선별하고 정의하는 것이 External Schema라고 할 수 있습니다.
✅ Conceptual Schema(for firm)
전체 데이터베이스 구조를 정의하고 모든 테이블, 관계 및 제약조건을 포함합니다.
✅ Internal Schema(for storage)
물리적 스토리지를 설명하고 데이터들이 어떻게 저장되고 인덱싱되는지를 정의합니다.

• 이렇게 보면 각 단계의 스키마 유기적으로 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 왜냐하면 최하위 단위의 레코드 등에서 필요한 정보를 사용자에게 맞춰서 mapping하는 것이기 때문에 위 사진과 같은 관계를 가지게 되고 물리적인 데이터베이스의 구조가 바뀌게 되더라도 논리적 데이터의 독립성, 물리적 데이터 독립성을 만족할 경우 외부/개념 사상과 개념/내부 사상을 조금만 변경해주면 사용함에 문제가 생기지 않는다.

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📌 데이터 독립성

데이터의 독립성이라고 함은 논리적, 물리적 데이터의 독립성을 말한다. 예를들면 내부 스키마에 저장되어 있던 연락처라는 컬럼이 전화번호라고 바뀌는 경우 개념/내부 사상을 연락처라는 컬럼이 전화번호라는 내부 스키마의 컬럼과 관련이 있다라고 표시 해주는 식으로 완전히 같지는 않지만, 같은 데이터를 독립적으로 저장하고 이를 처리 할 수 있는 장점을 가질 수 있게 된다.

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📌 What is the RDBMS(Relational DataBase Management System)

RDBMS는 테이블 형식의 데이터를 사용하여 데이터를 관리하는 데이터 베이스 시스템입니다. 일반적으로 SpreadSheet등을 이용하여 정리하는 데이터들을 직관적인 데이터라고 할 수 있습니다. RDBMS의 경우는 한 스키마에 모든 데이터들에 한하여 중복을 최소화하고 데이터의 유지 보수성을 향상 시키고 분리 되어 있는 데이터를 직관적으로 만들 수 있다.

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📌 릴레이션 스키마와 릴레이션 인스턴스

Relation Schema는 MySql에서 테이블을 생성하기 전에 우리는 따로 컬럼명과 그 안에 들어갈 내용들을 정해줬었다. 이렇게 속성들을 이름으로 정의하는 것을 Relation Schema라고 하고 그 안에 들어가는 내용들을 Relation Instance라고 한다.

mysql> CREATE TABLE topic(
    -> id INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
    -> title VARCHAR(100) NOT NULL,
    -> description TEXT NULL, 
    -> created DATETIME NOT NULL, 
    -> author VARCHAR(15) NULL, 
    -> profile VARCHAR(200) NULL 
    -> );

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📌 Degree & Cardinality of Relation Schema

위의 사진으로 Degree 와 Cardinality는 쉽게 설명 할 수 있습니다. 위의 표에 우리가 선언한 Relation schema의 Attribute의 개수를 차수라고 하고 그 차수와 제약 조건에 맞춰 입력이 된 데이터들의 개수 즉 Relation Instance의 개수가 카디널리티가 되는 것입니다. 😀

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📌 What is the Key🔑?

여기서 키라고 함은, 우리 입력한 Relation Instance들의 집합인 튜플을 정렬하거나 구분하기 위해서 만들어진 개념입니다. 여기서 모든 Attribute를 키로 정하여 구분하려고 하면 유일하게 구분이 안되기 때문에 특정 속성을 Key로써 선정하게 됩니다.

• 데이터베이스에서는 중복을 피하고 내가 해당 데이터가 정말 필요한지를 확인하기 위해서 이 튜플의 유일성과 최소성을 검토합니다.

1. 슈퍼키(Super Key) : 유일성 O, 최소성 X
   👉 슈퍼키는 유일성의 특성을 만족하는 속성 또는 속성들의 집합을 의미합니다. 키 값이 같은 튜플을 존재할 수 없기 때문에 id의 경우는 테이블을 선언 당시에 Increment 속성으로 했으면, 슈퍼키가 될 수 있다. 그런데 직업, 나이 등의 경우는 겹칠 수 있어 슈퍼키로 사용 불가능 하지만 id와 함께 사용한다면 슈퍼키로써 역할이 가능합니다.
2. 후보키(Candidate Key) : 유일성 O, 최소성 O
   👉 슈퍼키 중 최소성을 만족하는, 즉 유일성과 최소성을 모두 만족하는 속성 또는 속성들의 집합을 말합니다. 슈퍼키에 대한 설명을 하면서 id, 직업, 나이등의 키는 유일성은 만족하지만, 직업과 나이의 경우는 최소성을 만족하지 않고 같은 값이 나오기 때문에 id만이 후보키로서 사용될 수 있습니다.
3. 기본키(Primary Key) : 후보키 중 선택받은 키
   👉 위의 후보키를 선정하는 과정에서 선별된 후보키들 중 하나를 기본키로 사용해야합니다. 하지만 기본키로 선정함에 있어 아래 기준을 통과해야만 기본키로써 사용할 수 있습니다.

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💡기본키 조건

- null 값을 가질 수 있는 속성이 포함된 후보키는 기본키로 부적절합니다.
- 값이 자주 변경될 수 있는 속성이 포함된 후보키는 기본키로 부적절합니다.
- 단순한 후보키를 기본키로 선택합니다.

💡기본키가 되기 위한 속성 조건

- null값을 가질 수 없습니다.(Entity 무결성 첫번째 조건에 어긋난다.)
- 기본키로 정의된 속성데는 동일한 값이 중복되어 저장될 수 없다.(Entity 무결성 두번째 조건에 어긋난다.)

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4. 대체키(Alternate Key, UNIQUE) : 후보키 중 선택받지 못한 키
   👉 기본키가 되기 위한 조건에 대부분 부합하지 않아 탈락한 후보키들을 대체키라고 합니다.(보조키라고도 불린다!)
   
5. 외래키(Foreign Key) : 다른 릴레이션의 기본키를 참조
   👉 두 테이블을 서로 연결하는데 사용되는 키를 말한다.
   여기서 조건은 외래키로 지정되면 참조 테이블의 기본키에 없는 값은 속성으로서 입력이 불가능합니다. + (외래키는 참조되는 릴레이션의 기본키와 대응되어 릴레이션 간에 참조 관계를 표현하는데 중요한 도구로 사용됩니다.)
   

관계를 맺고 있는 두 테이블간의 튜플 변경 규칙

• ON UPDATE NO ACTION(투플을 변경하지 못하도록 함)
• ON UPDATE CASCADE(관련 투플에서 외래키 값을 함께 변경함)
• ON UPDATE SET NULL(관련 투플의 외래키 값을 NULL로 변경함)
• ON UPDATE SET DEFAULT(관련 투플의 외래키 값을 미리 지정한 기본 값으로 변경함)

상호 참조하는 테이블을 지정하기 위해서 새로운 테이블을 만들때 위의 4가지 규칙 중에서 한가지를 선택하여 적용할 수 있다. 따로 지정하지 않을 경우에는 On update No action이 기본으로 설정된다.

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📌 무결성 제약조건은 무엇일까?

무결성 제약조건을 알아보기 전에 무결성이라는 것에 대해서 알아보겠습니다.

• 무결성이란 데이터의 정확성, 일관성을 나타냅니다.
  무결성 데이터라는 것은 다시말해, 정확하고 일관되게 유지된 결함이 없는 데이터를 의미합니다.

• 무결성 제약조건(Integrity Constraint)
  무결성 제약조건은 데이터베이스의 정확성, 일관성을 보장하기 위해서 저장, 삭제, 수정 등을 제약하기 위한 조건입니다. 이렇게 데이터베이스의 정확성과 일관성을 유지하기 위해서 만든 제약 조건은 아래와 같습니다
  - 개체 무결성
  각 릴레이션의 기본키를 구성하는 속성은 NULL이나 중복된 값을 가질 수 없습니다.
  - 참조 무결성
  외래키 값은 NULL이거나 참조하는 릴레이션의 기본키 값과 동일해야 합니다. 즉 NULL 값이나, 릴레이션 안에 제한을 걸어둔 값이 아닌 다른 값을 입력할 수 없으며 그것을 외래키로써 가져올 수 없음을 나타냅니다.
  - 도메인 무결성
  속성들의 값은 정의된 도메인에 속한 값이어야 합니다.
  - 고유 무결성
  특정 속성에 대해 고유한 값을 가지도록 조건이 주어진 경우, 릴레이션의 각 튜플이 가지는 속성 값들은 서로 달라야 합니다.
  - null 무결성
  릴레이션의 특정 속성 값은 NULL이 될 수 없습니다. SQL의 언어를 이용하여 테이블을 생성할 때 NOT NULL로 선언을 했으면 해당 값은 NULL이 올 수 없습니다.
  - Key 무결성
  각 릴레이션은 최소한 한 개 이상의 키가 존재해야 합니다.
  

참고 목록
1. 트랜젝션에 대한 설명
2. 전반적인 데이터베이스에 대한 개념 및 참고 사진
3. 데이터베이스에 대한 설명
4. 릴레이션 스키마
5. 키의 개념
6. 키의 개념 및 제약조건의 이해
7. 무결성의 개념