Ch 02. 데이터베이스 관리 시스템

김연희, 『데이터베이스 개론』, 한빛아카데미(2022.07.20), Chpater 02

Ch2. 데이터베이스 관리 시스템

파일 시스템이 지닌 한계점과, 그에 대한 데이터베이 관리 시스템의 핵심 기능과 장단점.

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2.1. 데이터베이스 관리 시스템의 등장 배경

2.1.1. 파일 시스템의 한계점

파일 시스템
: 운영체제와 함께 설치되며, 데이터를 파일로 관리할 수 있도록 파일의 CRDU 기능을 제공한다.

파일 시스템의 한계점

• 데이터의 중복
  • 파일 시스템은 응용 프로그램별로 파일을 유지하기 때문에, 같은 데이터가 서로 다른 파일에 중복 될 수 있다.
  • 단순히 저장공간의 낭비 뿐 아니라, 데이터 일관성을 유지하는데 어려움이 있다.
• SW의 파일 종속성
  • 응용 프로그램이 파일에 직접 접근하기 때문에, 파일 구조에 종속적이다.
  • 따라서 SW를 독립적으로 업데이트 혹은 이식하거나, 반대로 데이터구조를 마음대로 바꾸기 어렵다.
• 보안/동시 공유/회복 기능 부족
  • 사용자에게 파일단위로 권한을 부여하기 때문에, 데이터 보안을 세분화하기 어렵다.
  • 하나의 파일에 동시에 다른 응용프로그램이 차지할 수 없기 때문에, 데이터의 동시 공유가 어렵다.
  • 데이터 회복 기능이 부족하다.

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2.2. 데이터베이스 관리 시스템의 정의

2.2.1. 데이터베이스 관리 시스템

데이터베이스 관리 시스템(DBMS: DataBase Management System)
: 데이터를 데이터베이스에 통합하여 저장하고 관리하여, 응용프로그램의 데이터 요청을 처리하여 결과를 리턴한다.

데이터베이스 관리 시스템의 주요 기능

• 정의 기능
  • 데이터베이스의 구조를 설계한다.
• 조작 기능
  • 데이터베이스에 저장된 데이터에 대한 CRUD(Create/Read/Update/Delete)기능을 제공한다.
• 제어 기능
  • 데이터를 여러 사용자가 공유해도 정확하고 안전하게 유지하도록 한다.

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2.3. 데이터베이스 관리 시스템의 장단점

2.3.1. 데이터베이스 관리 시스템의 장점

• 데이터 중복을 통제할 수 있다
  • 데이터를 통합하여 관리하므로, 의도치 않은 데이터 중복 문제를 해결할 수 있다.
• 데이터 독립성이 확보된다
  • 응용 프로그램을 대신하여 데이터 베이스에 접근하기 때문에, 응용프로그램과 데이터베이스가 서로 독립적이다.
• 데이터를 동시 공유할 수 있다
  • 동일한 데이터를 응용프로그램의 요구에 따라 다양한 구조로 제공하고, 기술적으로 동시접근을 가능케한다.
• 데이터 보안이 향상된다
  • 사용자별로 접근 가능한 데이터베이스 영역을 세분화하여 제한하거나 접근 수준을 차별화할 수있다.
• 데이터 무결성을 유지할 수 있다
  • 데이터 무결성(Data Integrity): 데이터의 정확성과 일관성을 유지하는 것
    • 개체 무결성: 모든 데이터는 테이블에서 고유하게 식별되는 기본 키를 가진다.
    • 참조 무결성: 참조 관계에 있는 두 테이블이 있을 때, 참조하는 데이터의 외래키값은 없거나 참조하는 레코드의 기본키값을 가져야한다.
    • 도메인 무결성: 테이블의 각 필드마다 입력되는 데이터의 유효성을 보장한다.
• 표준화할 수 있다
  • 데이터에 대한 모든접근이 DBMS를 통해 이루어지기 때문에, 데이터에 접근화는 방법, 데이터의 형식과 구조 등을 표준화하기 쉽다.
• 장애 발생 시 회복이 가능하다
  • 데이터 복구 기능을 지원한다.
• 응용 프로그램 개발 비용이 줄어든다
  • 응용 프로그램이 데이터에 접근하는 방법이 표준화 되어 있고, 데이터베이스의 구조가 변경되어도 응용프로그램을 변경할 필요가 없다.

2.3.2. 데이터베이스 관리 시스템의 단점

• 비용이 많이 든다
  • 데이터베이스 관리 시스템은 별도 구매해야 하며, 운용 시 컴퓨터 자원을 파일시스템에 비해 비교적 많이 소모한다.
• 백업과 회복 방법이 복잡하다
  • 동시 공유 및 데이터의 통합 관리 기능 등을 지원하기 때문에, 오류 발생 시 회복이 비교적 복잡하다.
• 중앙 집중 관리로 인한 취약점이 존재한다
  • 모든 데이터가 데이터베이스에 통합되어 있기 때문에, DBMS에 장애가 발생하면 의존하는 모든 응용프로그램의 사용이 영향받는다.

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2.4. 데이터베이스 관리 시스템의 발전

데이터베이스 관리 시스템은 발전 과정에 따라 다음 4세대로 나누어볼 수 있다.

2.4.1. 1세대 데이터베이스 관리 시스템: 네트워크/계층 DBMS

복잡한 현실 세계를 표현하기 어렵고, 구조 변경이 어렵다는 단점이 있다.

• 네트워크 DBMS
  • Directed 그래프 구조로 데이터의 상호관계를 표현한 데이터 모델
  • N : M 대응관계를 가진다.
• 계층 DBMS
  • 트리 구조로 데이터의 상호관계를 계층적으로 표현한 데이터 메돌
  • 1 : N 대응관계를 가진다.

2.4.2. 2세대 데이터베이스 관리 시스템: 관계DBMS

• 테이블 형태로 데이터 모델을 정의하며, 외래키를 통해 다른 테이블(데이터 모델)간의 관계를 가진다.
• 1:1, 1:N, M:N 대응 관계를 지원한다.

2.4.3. 3세대 데이터베이스 관리 시스템: 객체지향/객체관계 DBMS

프로그래밍의 클래스와 객체 개념을 데이터 베이스에 도입한 DBMS

• 객체지향 DBMS
  • 데이터를 객체로써 저장되며, 프로그래밍에서처럼 각 클래스는 객체의 구조뿐 아니라 메소드를 정의한다.
  • 현재는 시장에서 많은 파이를 차지하지 않는다.
    송요한, [IT산업 20년 전]객체지향 데이터베이스의 몰락, 컴퓨터월드, 2015.05.31
• 객체관계 DBMS
  • 데이터베이스의 데이터를 객체로써 다룰 수 있다.
  • 현재 상용되는 많은 DBMS들이 ORM(Object Relational Mapping)라이브러리를 통해 객체지향 DBMS로 분류된다.
    • ORM: 객체 지향 프로그래밍 언어의 객체와 데이터베이스의 데이터의 상호변환을 지원하는 것

2.4.4. 4세대 데이터베이스 관리 시스템: NoSQL/NewSQL DBMS

멀티미디어 데이터나 검샐 로그와 같은 비정형 데이터가 대량으로 생산되며, 비정형 데이터를 저장하는데 더 적합한 4세대 DBMS의 필요성이 대두되고 있다. 기업 별로 독자개발하여 쓰이고 있으며, 아직 표준화가 이뤄지지 않았다.

NoSQL
Simply Explained, How do NoSQL database work?, YouTube, 2020.12.09

• 특징
• RDBMS와 달리 데이터간의 관계성 없이 모두 독립적으로 존재한다.
• Schema가 없고, 오로지 key(pk)와 value만으로 데이터가 구성되어 있다.
  • 단 value는 또 다시 json과 같은 key-value형식의 문서로 정의되어 있기 때문에, 다양한 필드에 그에 대한 값을 저장할 수 있다.
• 장점
  • 데이터가 독립적이기 때문에, 대용량 데이터를 분리하여 여러 서버에서 나눠 관리할 수 있다.
    • 단, 여러 서버 가운데서 데이터를 찾기 위해서, 해쉬함수에 pk를 적용한 값을 참조한다.
  • 데이터가 구조가 정형화되지 않았기 때문에 데이터의 생성 및 수정이 쉽다.
• 단점
  • 데이터를 pk로만 접근할 수 있기 때문에, 기존의 RBDMS에서처럼 데이터의 필드값을 다양하게 활용하여 데이터에 접근하는 것이 매우 어렵다.