데이터베이스 스터디 1주차

파일시스템 vs 데이터베이스

 

파일시스템 

파일 시스템은 데이터를 파일 단위로 파일 서버에 저장합니다.
각 응용 프로그램이 독립적으로 파일을 다루기 때문에 데이터가 중복 저장될 가능성이 있습니다.

 

 

 

 

위의 사진과 같이 고객 관리 부서와 주문 관리 부서가 있을 경우,

각 부서의 업무가 다르기 때문에 다른 응용 프로그램을 운영하게 될 것입니다.

 

응용 프로그램들은 데이터를 공유하지 않기 때문에 중복되는 데이터들이 발생하게 됩니다.

 

데이터들이 중복되면 이중으로 데이터 관리를 해야 하기 때문에 데이터들의 일관성을 유지하기 힘듭니다.

예를 들어 고객 데이터 파일에서 고객의 연락처가 변경되었을 때, 실수로 주문 데이터 파일에 있는 연락처 변경이 누락되었다면

데이터의 일관성이 깨지게 됩니다.

 

 

 

데이터베이스

데이터베이스는 데이터를 통합하고 공유하여 조직을 운영하기 위한 목적으로 구축됩니다.

개념으로는 4가지가 있습니다
여러 사용자가 함께 소유하고 사용할 수 있는 공유 데이터
중복을 최소화한 통합 데이터
컴퓨터가 접근할 수 있는 매체에 저장된 저장 데이터
조직의 주요 기능을 수행하기 위해 반드시 필요한 운영 데이터

 

 

 

 

파일시스템의 경우 응용 프로그램들이 데이터를 공유하지 않아서 중복되는 데이터들이 발생했습니다.

데이터베이스는 이같은 문제를 해결하기 위해 데이터들을 통합하여 응용프로그램들이 데이터를 공유할 수 있도록합니다.

 

 

 

 

데이터베이스의 특징

데이터베이스의 특징은 크게 4가지가 있습니다

1. 실시간 접근성
사용자가 요청하는 순간에 실제 데이터를 서비스합니다.

2. 계속적인 변화
데이터베이스에 저장된 값들은 삽입, 삭제, 수정 등으로 지속적으로 변화합니다.

3. 동시 공유
데이터베이스는 여러 사용자에게 동시에 공유됩니다. 

4. 내용에 따른 참조
저장된 데이터는 데이터의 물리적 위치가 아니라 데이터 값에 따라 참조됩니다.
값과 조건을 제시하여 해당하는 데이터를 얻을 수 있습니다.

 

 

DBMS(DataBase Management System)

데이터베이스에 존재하는 데이터의 검색·삽입·삭제·수정을 가능하게 하고, 모든 응용 프로그램이 데이터베이스를 공유할 수 있게 합니다. 또한 보안, 회복 등의 복잡한 기능을 제공해줍니다.

 

 

 

 

DBMS의 주요 기능

데이터 정의
: 데이터의 구조를 정의하고 데이터 구조에 대한 변경 및 삭제 기능을 수행

데이터 조작
: 응용프로그램이 요청하는 데이터의 검색, 삽입, 수정, 삭제 작업을 지원

데이터 제어
: 데이터베이스 사용자를 생성하고 모니터링하며 접근을 제어
  백업과 회복, 동시성 제어 등의 기능을 지원

 

 

DBMS의 장점

1. 데이터 일관성
데이터베이스에 데이터를 통합하여 관리하고, 중복을 최소화하도록 통제하므로 데이터 일관성을 유지할 수 있습니다.

2. 데이터 독립성
DBMS가 데이터베이스에 대한 모든 접근을 관리를 담당하기 때문에 응용프로그램과 데이터베이스 사이의 독립성이 확보됩니다.

3. 데이터 동시 공유
여러 응용 프로그램이 같은 데이터에 동시 접근할 수 있도록 지원합니다.

4. 데이터 보안
사용자별로 접근 가능한 데이터베이스 영역이나 접근 수준을 제한할 수 있습니다. 허용되지 않은 데이터와 연산에 대한 요청을 차단할 수 있습니다.

5. 데이터 무결성
데이터에 대한 연산이 수행될 때마다 유효성을 검사하여 데이터 무결성을 유지할 수 있습니다.

6.  회복 기능
데이터를 장애가 발생하기 이전 상태로 복구하는 회복 기능을 지원합니다.

 

 

데이터베이스의 구조

 

우선 스키마(schema)란 무엇일까요?

: 데이터베이스에 저장되는 데이터 구조와 제약조건을 정의한 것

 

 

 

위의 사진과 같이 데이터 구조와 제약조건을 설정하여 고객 스키마를 정의할 수 있습니다.

 

 

 

 

데이터베이스의 3단계 구조

 

외부단계

개별 사용자 관점에서 데이터베이스를 이해하고 표현하는 단계
외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것을 외부 스키마라 합니다.
하나의 데이터베이스에는 여러 개의 외부 스키마가 존재할 수 있습니다.
예를 들면 기업 고객 분석팀의 고객 정보, 상품 배송팀의 상품 배송 정보는 모두 외부 스키마입니다.
뷰의 개념으로 생각하면 됩니다.

프론트엔드 개발자들이 API를 통해 받는 데이터들의 스키마가 외부 스키마라고 생각할 수 있겠죠?

 

개념 단계 

데이터베이스를 조직 전체의 관점에서 이해하고 표현하는 단계
간단하게 말해서 전체 데이터베이스의 정의를 의미하고, 이를 개념 스키마라고 합니다.
하나의 데이터베이스에는 하나의 개념 스키마가 존재하며,
개념 스키마에는 데이터와 관계, 제약사항, 무결성에 대한 내용이 포함됩니다.  

 

 

내부 단계

데이터베이스를 디스크나 테이프 같은 저장 장치의 관점에서 이해하고 표현하는 단계
물리적 저장장치에 데이터베이스가 실제로 저장되는 구조를 표현하는 것을 내부 스키마라고 합니다.
내부 스키마는 파일에 데이터를 저장하는 레코드의 구조, 레코드를 구성하는 필드 크기, 인덱스를 이용한 레코드 접근 경로 등을 정의합니다.

 

 

 

데이터 독립성

: 하위 단계의 내용을 추상화하여 다른 단계와 상호 간섭이 없도록 하는 것

데이터 독립성에는 2가지가 있습니다.

 

논리적 데이터 독립성
외부 단계과 개념 단계 사이의 독립성을 의미합니다. 개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마의 사용자가 전체 데이터베이스의 논리적 구조가 변경되었다는 사실을 알 필요가 없음을 의미합니다.

물리적 데이터 독립성
개념 단계와 내부 단계 사이의 독립성을 의미합니다. 저장 장치 구조 변경과 같이 내부 스키마가 변경되어도 개념 스키마에 영향을 미치지 않는 것을 의미합니다. 

 

 

RDB란?

관계형 데이터베이스를 의미합니다.
테이블 형태로 자료들 간의 관계를 표현하여 쉽게 이해하고 접근할 수 있습니다.

 

RDBMS
관계형 데이터베이스를 만들고 업데이트하고 관리하는 데 사용하는 프로그램
잘 알려진 RDBMS의 예로는 MySQL, PostgreSQL, MariaDB, Microsoft SQL Server, Oracle Database가 있습니다.

 

 

 

 

릴레이션

하나의 개체에 대한 데이터를 담아놓은 행과 열로 구성된 테이블

릴레이션은 스키마와 인스턴스로 구성되어 있습니다.

고객 릴레이션

 

 

 

 

스키마

릴레이션이 어떻게 구성되는지 어떤 정보를 담고 있는지에 대한 기본적인 구조를 정의합니다

테이블에서 첫 행인 헤더에 나타나며 각 데이터의 특징을 나타내는 속성, 자료 타입 등의 정보를 담고 있습니다.

 

 

인스턴스

정의된 스키마에 따라 테이블에 실제로 저장되는 데이터의 집합(=투플들의 집합)을 의마합니다.

 

 

차수

차수는 속성(=스키마의 열)의 개수를 의미합니다.

상단 사진 속 고객 릴레이션의 차수는 6입니다.

 

 

도메인

도메인은 속성이 가질 수 있는 값의 집합을 의미합니다.

고객 릴레이션의 나이 속성의 도메인은 INT이므로 정수를 의미합니다.

 

 

카디널리티

카디널리티는 투플(=릴레이션 인스턴스의 행)의 수를 의미합니다.

고객 릴레이션의 카디널리티는 4입니다.

 

 

 

키(Key)

키는 릴레이션에서 특정 투플을 식별할 때 사용하는 속성 혹은 속성들의 집합

키가 되는 속성은 반드시 값이 달라서 투플들을 서로 구별할 수 있어야 합니다

 

키에는 6가지 종류가 있습니다

슈퍼키, 후보키, 기본키, 대리키, 대체키, 외래키

 

고객 릴레이션

우선 고객 릴레이션에서 투플을 식별할 수 있는 속성을 알아봅시다

 

고객아이디: 고객별로 유일한 값이 부여있기 때문에 투플을 식별할 수 있다

고객이름: 동명이인이 있을 경우 투플을 유일하게 식별할 수 없다

나이: 같은 나이가 있을 경우 투플을 유일하게 식별할 수 없다

등급: 같은 등급이 있을 경우 투플을 유일하게 식별할 수 없다

적립금: 같은 적립금을 가질 경우 투플을 유일하게 식별할 수 없다

 

 

슈퍼키

투플을 유일하게 식별할 수 있는 속성의 집합
고객 릴레이션에서 투플을 식별할 수 있는 속성은 고객아이디입니다.

슈퍼키는 속성을 식별할 수 있는 값이면 모두 될 수 있기 때문에
고객아이디를 포함한 모든 속성의 집합이 슈퍼키가 됩니다.
(고객아이디), (고객아이디, 고객이름), (고객아이디, 고객이름, 나이), (고객아이디,고객이름, 나이, 등급),... 등등

 

 

후보키

투플을 유일하게 식별할 수 있는 속성의 최소 집합
만약에 릴레이션에 투플을 식별할 수 있는 속성이 여러 가지라면 후보키는 여러 개가 될 수 있습니다.

고객 릴레이션에서 투플을 식별할 수 있는 속성은 고객아이디이기 때문에
후보키는 (고객아이디)입니다

 

 

기본키(PK)

일반적으로 PK라고 부르는 기본키는 후보키 중에서 선정된 대표키
후보키가 하나라면 해당 후보키를 사용하면 되고, 여러 개라면 릴레이션의 특성을 반영하여 선택하면 됩니다.

고객 릴레이션의 후보키는 (고객아이디) 하나이기 때문에
기본키는 (고객아이디)입니다.

기본키를 선정할 경우에는 제약조건이 있습니다.
1. 투플을 식별할 수 있는 고유한 값을 가져야 한다.
2. NULL값은 허용하지 않는다.
3. 키 값의 변동이 일어나지 않아야 한다
4. 최대한 적은 수의 속성을 가져야 한다.
5. 향후 키를 사용하는데 있어서 문제 발생 소지가 없어야 한다.

 

 

대리키

가상의 속성을 만들어 기본키로 삼는 키
기본키가 보안을 요하거나, 여러 개의 속성으로 구성되어 복잡하거나, 마땅한 기본키가 없을 때 가상의 속성을 만들어 기본키로 삼을 수 있습니다.

 

 

대체키

기본키로 선정되지 않은 후보키

 

외래키(FK)

릴레이션의 기본키를 참조하는 키
릴레이션 간의 관계를 표현하기 위해 사용됩니다. 

외래키의 특징
1. 외래키가 성립하기 위해서는 양쪽 릴레이션의 도메인이 서로 같아야 합니다.
2. 참조되는 기본키의 값이 변경되면 참조하는 외래키의 값도 변경됩니다.
3. 자기 자신의 기본키를 참조하는 외래키도 가능합니다.
4. 외래키가 기본키의 일부가 될 수 있습니다.
5. NULL 값과 중복 값이 허용됩니다.

 

 

 

 

주문 릴레이션이 고객 릴레이션의 기본키를 외래키로 갖고 있으면

외래키를 사용하여 주문을 한 고객의 정보를 알 수 있습니다.

또한 고객 릴레이션의 외래키가 같은 릴레이션의 기본키를 참조할 수 있습니다.

 

 

 

무결성 제약조건

데이터 무결성은 데이터베이스에 저장된 데이터의 일관성과 정확성을 지키는 것입니다.
무결성을 유지하기 위해서는 투플의 삽입, 삭제, 수정 시에 데이터의 제약조건을 준수해야 합니다.

 

 

도메인 무결성 제약조건

릴레이션 내의 투플들이 각 속성의 도메인에 지정된 값만을 가져야 한다는 조건입니다.
예를 들어 주문 릴레이션에서 주문일자는 날짜 데이터만 사용해야 합니다.
날짜 데이터가 아닌 문자열 등 다른 자료형을 사용한다면 자료의 저장, 검색에 문제가 생기기 때문입니다.

 

 

개체 무결성 제약조건

기본키를 지정하고 그에 따른 제약조건을 지키는 것입니다.

앞서 기술했던 것처럼 기본키에는 아래와 같은 제약조건들이 있습니다
1. 투플을 식별할 수 있는 고유한 값을 가져야 한다.
2. NULL값은 허용하지 않는다.
3. 키 값의 변동이 일어나지 않아야 한다
4. 최대한 적은 수의 속성을 가져야 한다.
5. 향후 키를 사용하는데 있어서 문제 발생 소지가 없어야 한다.

 

고객 릴레이션

 

 

 

상단의 고객 릴레이션의 2번째, 4번째 행은 기본키인 고객아이디 속성에 NULL값이 들어가있습니다

이는 개체 무결성 제약조건을 준수하지 못한 것입니다.

이러한 릴레이션은 존재할 수 없습니다.

 

 

 

참조 무결성 제약조건

외래키의 제약조건을 지키는 것입니다.

1. 부모 릴레이션(참조되는 릴레이션)의 기본키와 자식 릴레이션(참조하는 릴레이션)의 외래키는 도메인이 동일해야 합니다.
2. 외래키는 부모 릴레이션의 기본키에 존재하는 값이어야 합니다.
   (다만 NULL값은 사용이 허용될 수 있습니다.)
3. 자식 릴레이션에서 참조하고 있는 값을 부모 릴레이션에서 삭제하기 위해서는 제약조건 옵션에 따라야 합니다.
     3-1. 부모 릴레이션의 삭제 작업 거부
     3-2. 자식 릴레이션의 관련 투플을 같이 삭제
     3-3. 자식 릴레이션의 외래키를 디폴트 값으로 변경
     3-4. 자식 릴레이션의 외래키를 NULL값으로 변경

 

 

주문 릴레이션의 첫 번째 투플은 참조하고 있는 기본키에 존재하지 않는 값은 외래키로 사용하고 있습니다

이는 제약조건을 위반한 것이므로 투플 추가가 불가합니다

 

 

 

 

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참고

https://terms.naver.com/list.naver?cid=58430&categoryId=58430&so=st4.asc