Database Systems

Database Systems

• DBMS(Database Management System)
  • DBMS은 다음과 같은 내용의 역할을 수행한다.
    • 상호 관련있는 데이터를 수집
    • 데이터 접근에 대한 프로그램의 집합
    • 사용하기 편리하고 효율적인 환경
• Database System은 다음과 같은 데이터 컬렉션을 관리하는데 사용된다.
  • 매우 가치있는 collections of data
  • 상대적으로 큰 collections of data
  • 여러 사용자와 애플리케이션이 동시에 접근하는 collections of data
• 정리하자면,
  • 복잡하고 큰 데이터 수집을 관리하는 복잡산 SW 시스템
• DB는 우리의 삶에 모든 방면에 영향을 끼친다.

Purpose of Database Systems

초기에는 DB가 파일 시스템에 직접 구축되었으며, 이로인해 다음과 같은 내용을 야기했다.

• 데이터가 중복되고 일관성 없어짐
  • 데이터가 여러 파일 형식으로 저장되므로 다른 파일과 중복된다.
• 데이터 접근이 어려워짐
  • 각 새 작업을 수행하기 위해 새 프로그램을 만들어야 했다.
• 데이터 고립
  • 다중 파일과 포맷
• 무결성 문제
  • 무결성 제약 조건은 명시적으로 명시되지 않고, 프로그램 코드에 묻힌다.
  • 새 제약 조건을 추가하거나 기존 제약 조건을 변경하기가 어렵다.
• 수정의 원자성
  • 부분 업데이트가 수행하는 상태에서 오류가 발생하면 데이터베이스가 일관되지 않을 수 있다.
• 다중 사용자에 의한 동시성 제어
  • 성능을 위해 동시 접근이 필요함
  • 통제가 되지 않는 동시 접근은 데이터 불일치를 야기함
• 보안성 문제
  • 전체는 아니지만, 일부 데이터에 사용자 엑세스를 제공하기 어렵다.

Database Systems은 위 모든 문제에 대해 해결책 제시

View of Data

DB System의 주 목적은 사용자에게 데이터에 대한 추상적인 관점을 제공하는 것

• Data models(데이터 설계 - modeling)
  • 데이터, 데이터 관계, 데이터 의미, 일관성 제약 조건을 설명하기 위한 개념 도구 모음
  • 다음을 기술하기 위한 도구의 집합
    • Data
    • Data Relationships
    • Data Semantics(의미론)
    • Data Constraints(제약)
  • Relational Model(관계형 모델)
  • Entity-Relationship data model(개체-관계 모델 - ERM)
  • Object-based data models
    • Object-oriented data models(객체 지향 데이터 모델)
    • Object-relational data models(객체 관계 데이터 모델)
  • Semi-structured data model (XML)
    • 데이터와 스키마 사이에 구분이 없는 DB 모델
    • 목적에 따른 구조의 양에 따라 사용된다.
  • 다른 오래된 모델
    • Network model
    • Hierarchical model

Data abstraction(데이터 추상화)

• 데이터 추상화를 통해 사용자에게 데이터 구조의 복잡성을 숨길 수 있음
• 3 levels of data abstraction이 있다.
  1. Physical level
     • 레코드가 어떻게 저장되어 있는지 기술한다.
  2. Logical level
     • 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 기술하고, 그 데이터들 사이의 관계를 기술한다.
  3. View level
     • 사용자가 보는 유일한 실질적인 DB의 부분
     • 데이터 유형의 세부 정보를 굳이 사용자에게 보여주지 않는다.
     • 필요한 정보만 보여준다.

Instances and Schemas

• Schema: DB의 전반적인 설명
  • DB에 데이터가 어떻게 저장되는지에 관한 기본적인 구조를 Schema라고 한다.
  • Logical Schema: DB의 전반적인 논리 구조
  • Physical Schema: DB의 전반적인 물리 구조
• Instances: 특정 시간에 DB의 실질적인 내용이다.
  • Snap shot 같이 그 순간에 있는 데이터이다.

Physical Data Independence

논리적 스키마를 변경하지 않고 물리적 스키마를 수정하는 기능

• 일반적으로, 다양한 level과 component 사이의 인터페이스는 일부 부분의 변화가 다른 부분에 심각한 영향을 미치지 않도록 잘 정의되어야 한다.
• 응용 프로그램은 데이터 표현과 저장의 상세 내용이 노출되지 않아야 한다.

Data Definition Language(DDL)

데이터 정의어
DDL 컴파일러는 Data Dictionary에 저장된 템플릿 테이블의 집합들을 생성한다.

Data Dictionary는 metadata를 포함한다.

• DB 구조
  • Table의 이름
  • Table의 속성 이름과 타입
• 무결성 제약조건
  • Primary Key
    • 주키: 식별할 수 있는 키
• 권한
  • 누가 무엇에 접근할 수 있는지

Data Manipulation Language(DML)

데이터 조작어
DML은 질의어라고도 한다.
적절한 데이터 모델에 의해 만들어진 데이터를 수정 및 접근하기 위한 언어

• 기본적으로 DML의 두 가지 유형이 있다.
  • Procedual DML(절차적 DML)
    • 사용자에게 필요한 데이터와 그 데이터를 얻는 방법을 정의하게끔 함
  • Declarative DML(선언적 DML)
    • 데이터를 얻는 방법을 정의하는 것 없이 어떤 데이터가 필요한지만 사용자에게 요구함
    • 비절차적 DML이라고도 한다.

SQL Query Language

• 비절차적언어이다.
• Turing machine equivalent language가 아니다.
  • 기능이 완벽하지 않다.(모든 기능을 가지고 있지 않다.)
• 프로그래밍을 하려면 고급 언어(C++, JAVA 등)가 필요하다.
  • SQL이 내장된 언어
  • JAVA + SQL, etc..
  • Host Language: 위 JAVA나 C++같이 SQL이 내장된 언어를 일컫는다.
• API(Application Program Interface)를 통해서 DB에 접속이 가능하다.

Database Design

DB 설계

• Logical Desgin(Program)
  • Business decision
    • 어떤 속성이 필요한가?
  • Compuer Science decision
    • 어떤 테이블을 어떻게 구성할 것인가?
• Physical Design(실제 데이터가 저장되는 구조)
  • DB의 물리적 layout을 결정
    • ex 옵션 같은 것들을 줌, 파티션을 함 etc

Database Engine

DB 핵심프로그램

• The storage manager
• The query processor component
• The transaction management component
  • Atomic(원자성)
    • 데이터가 중간에 끊기면 안됨

Storage Manager

이번 학기에 안함

OS 파일을 사용, 데이터를 저장하는 기능
Data fiels, Data dictionary, indices

Query Processing

질의를 처리

1. Parsing and translation
   • 구문 분석
2. Optimization
   • 최적화
3. Evaluation
   • 실행

Transaciont Management

Concurrency-control manager(동시성 제어)

Database Architecture

• Centralized databases(중앙 집중 DB)
  • DB가 1개
• Client-server
  • 하나의 서버와 다수의 클라이언트
• Parallel databases
  • 여러 DB가 병렬처리
• Distributed databases
  • 분산 DB

Database Applications

• Two-tier architecture
  • Server
    • DB System
  • Client
    • user
    • application
• Three-tier architecture
  • Server
    • application server
    • DB System
  • Client
    • user
    • application client

Database Users

• naive users - 일반 사용자
• application programmers - DB 개발자
• sophisticated users - 데이터 분석가
• database administrators(DBA) - 관리자
  • 스키마 정의 - 개발자 + 관리자
  • 저장 구조와 접근 방식 정의 - 개발자 + 관리자
  • 스키마와 물리적 조직 수정 - 개발자 + 관리자
  • 권한 부여
  • 유지 보수 루틴
  • 백업
  • 디스크 공간 체크
  • 현재 돌아가는 일을 모니터링