메인▣화일처리시스템
-운영체제를 통해서 데이터 화일을 조작
-화일에 대한 구조 정의는 사용하는 프로그램별로 존재
*화일(file): 동일 목적의 데이터 집합체, 레코드들로 구성
*레코드(record):
처리 대상이 되는 한 건 분의 데이
▣데이터베이스시스템
-DBMS를 통해서 화일 조작
-DBMS에 화일의 구조를 정의하여 공동 사용
-
DBMS는 데이터에 대한 무결성, 보안, 백업/회복 등을 관리
▣데이터베이스의 기본 개념
▣데이터베이스 관리 시스템
-데이터베이스 관리 시스템(DBMA: DataBase Management System)은 데이터베이스를 구축하고 이용하는 기능을 제공하는데 기본이 되는 시스템 소프트웨어이다.
-다수의 응용 프로그램이 필요로 하는 여러 가지 데이터 구조를 제공하고 데이터의 중복성을 통제하여 가장 효율적으로 사용할 수 있게 하기 위해, 서로 관련된 데이터를 저장, 검색, 제어 기능을 수행하는 소프트웨어이다.
▣데이터베이스 관리 시스템의 특징
▣데이터의 공유
▣조직체 내의 관련 업무에 대한 데이터베이스를 구축하여 분야/사용자별 권한 범위내 사용
▣응용 프로그램이 데이터 구조를 공유하여 사용
▣물리적/논리적 데이터 독립
▣물리적인 데이터 구조가 변하더라도 응용 프로그램은 영향을 받지 안는다.
▣데이터의 논리적 구조 변화에 응용 프로그램의 영향 최소화
▣데이터 무결성 유지
▣데이터의 조작으로 상호간에 모순이 발생되지 않도록 방지
▣신뢰성
▣시스템의 예기치 않은
사고로부터 보호 (back-up과 recovery)
▣데이터베이스 관리 시스템의 장점
▣데이터의 공유
▣데이터의 중복 방지
▣데이터의 상호모순 방지
▣데이터의 안정성
▣프로그램 작성이 용이
▣Entity, Attribute, Field
-Entity는 유형 또는 무형으로 서로 구분되는 개체로서 다른 것과 구분이 되는 정보의 근원 (자료철의 Record에 해당)
-Entity는 하나 이상의 속성(Attribute)으로 특징지어질 수 있다.
-Entity를 컴퓨터의 데이터 구조로 저장할 때, 데이터의 가장 작은 논리적 단위를 data item 또는 Field라 한다.
*Domain은 Attribute에
나타날 수 있는 값의 집합이다. (예, 성별은 '남'과 '여')
▣Logical data, Physical data
-Table은 Entity를 컴퓨터에 저장하는 기본적인 데이터 저장구조이다.
-Physical data는 저장매체에 물리적으로 기록되어 있는 실제의 데이터베이스 자료를 말한다.
-Logical data는 사용자가 DBMS를 통해 Physical data에 접근하기 위해 이용하는 데이터베이스의 논리적 표현이다.
-사용자는 Logical data를 다루게 되고, Physical data는 DBA에 의해 관리된다.
-Physical data 구조는 데이터 량의 증감이 일어남에 따라 DBMS의 효율성에 영향을 미친다.
▣Entity instance, Entity set
-Entity instance는 Entity의 실제 값을 말한다. Entity occurrence라고도 한다.
예, 학생신상 Table의 속성이 (학번,성명,학과,학년)이라면 Entity instance는 <9828000,홍길동,정보통신계열,2>이 될 수 있다.
-Entity instance의 집합을 개체 집합(Entity set)이라 한다.
▣Entity Relationship
-Entity Relationship은 개체 집합과 개체 집합 사이의 관계를 말한다.
▣Schema
-Schema는 데이터베이스의 논리적 정의 즉, 데이터 구조와 제약조건에 대한 명세를 기술한 것을 말한다.
-Schema에는 데이터 개체(entity), 개체의 특성을 표현하는 속성(attribute), 이들간에 존재하는 관계(relationship)에 대한 정의와 이들이 유지해야 될 제약조건(constraints)이 포함된다.
-데이터베이스는 논리적인 부분과 물리적인 부분으로 나누어 관리하고, 기관 전체가 부분적으로 공유하게 되므로 사용자별로 데이터베이스의 Schema를 보는 관점이 서로 다를 수 있다.
▣외부 스키마(external schema)
.개별 사용자가 보는 데이터베이스의 구조로서 전체 데이터베이스의 한 논리적 부분이 되기 때문에 서브스키마(subschema)라고도 한다.
▣개념 스키마(conceptual schema)
.전체 데이터베이스 입장에서 데이터베이스를 정의한 것으로 단순히 Schema라고도 한다..
.사용자나 응용 프로그램은 개념스키마의 일부를 사용하게 되고, 이 개념 스키마로부터 모든 외부 스키마가 생성되고 지원된다.
.데이터베이스 전체에 대한 개체, 관계, 제약조건을 포함할
뿐만 아니라 추가적으로 이들을 효율적으로 관리하는데 필수적인 정보인 접근 권한,
보안 정책, 무결성 규칙에 대한 명세를 포함한다.
▣내부 스키마(internal schema)
.저장 장치의 입장에서 전체 데이터베이스가 저장되는 방법을 명세한 것으로, 개념 스키마에 대한 저장 구조를 정의한 것이다.
.물리적인 단계보다 한 단계 위에 있는 물리적 구조에 대한 명세이다.
.실제로 저장될 내부 레코드의 형식, Index 유무, 저장 데이터의 표현 방법, 그리고 내부 레코드의 물리적 순서에 관한 명세를 포함한다.
.DBA가 시스템의 효율성을 고려하여 관리한다.
▣데이터베이스의 내부적 운영
▣데이터베이스의 접근 과정
▣사용자가 프로그램이나 SQL 질의어를 통해 DBMS에게 자료를 요구
▣DBMS는 접근 권한 등을 검사한 후에 운영체제의 화일관리자에게 해당 자료에 대한 접근을 요구, 만약 주기억장치에 해당 레코드가 있다면 DBMS에게 해당 레코드를 제공
▣화일관리자는 주기억장치에 해당 레코드가 없다면 디스크관리자에게 해당 레코드가 위치한 페이지를 주기억장치에 올려줄 것을 요구
▣디스크관리자는 해당 페이지를 주기억장치에 올려준다.
데이터베이스의 저장 연산
-데이터 저장장치
▣비소멸성(nonvolatile) 저장장치: 갑작스런 시스템 down에도 데이터의 손실이 없는 자기적인 저장장치 (HDD)
▣소멸성(volatile) 저장장치: 갑작스런 시스템 down이 있을 시에 데이터 손실이 있는 전기적인 저장장치(RAM)
-데이터 저장 관리
데이터 저장장치에서의 데이터 관리는 데이터 페이지(page)라는 일정 단위로 저장 관리된다.
*페이지(page)는 주기억장치와 보조기억장치간의 데이터 전송 단위로 보통 1KB, 2KB, 4KB 크기
*Oracle에서는 페이지를 Block으로 부른다.
-디스크에 위치한 Block을 디스크 블록(disk block)이라 하고, 주기억장치에 있는 임시 블록을 버퍼 블록(buffer block)이라 한다.
-데이터의 처리
.일반적으로 원본 데이터는 비교적 안정성이 있는 자기적인 보조 기억장치에 위치하고, 검색, 갱신, 삭제 처리를 위해 전자적인 주기억장치로 복제되어 가공되어 진다.
.주기억장치에서 가공된 데이터가 보조 기억장치의 구 데이터를 대체할 때 비로서 완전한 데이터 처리가 종료되는 것이다.
-데이터 처리를 위해 보조 기억장치에서 주기억장치로의 데이터 이동은 필요한 데이터만 이동하는 것이 아니라 필요한 데이터가 위치한 페이지가 함께 이동한다.
-Read(Y,y): 데이터 Item(Record의 특정 Field value) Y의 값을 변수 y의 값으로 지정한다.
예> Read(STUDENTS(ST_NAME,ST_NO), (name,no))의 의미는
SELECT ST_NAME, ST_NO INTO NAME, NO
FROM STUDENTS;
-WRITE(X,x): 변수 x의 값을 데이터 Item X의 값으로 지정한다.
예> Read(STUDENTS(ST_NAME,ST_NO='9828000'))
Write(STUDENTS(ST_NAME='김일이'))의 의미는
UPDATE STUDENT SET ST_NAME='김일이'
WHERE ST_NO='9828000';
-Input(X): 데이터 Item X가 포함되어 있는 디스크 블록을 주기억 공간으로 이동시킨다.
>SQL에서 SELECT, UPDATE, DELETE 연산시 DBMS가 수행하게 된다.
-Output(X): 데이터 Item X가 포함되어 있는 버퍼 블록을 디스크 블록으로 이동시킨다.
>SQL에서 INSERT, UPDATE, DELETE 연산시 DBMS가 수행하게
된다.
?데이터베이스에서의 Block내에 레코드 관리
-DBMS는 Block내에 레코드들을 linked-list로 연결하여 저장 관리한다.
-레코드의 삭제 및 추가는 linked-list된 포인터(pointer)의 이동으로 처리된다.
-레코드의 삭제
(98002,김이) 레코드의 제거는 (98001,김일이) 레코드의 포인터를 56으로 바꾸면 된다.
-레코드 추가
새로운 레코드를 추가하기 위해서는 빈 공간의 시작 주소를 저장주소로 하고, 마지막 (98004,김사)의 포인터가 추가된 레코드의 저장주소를 가리키도록 하면 된다.
만약, 페이지 공간이 모자라면 새로운 페이지를 할당하여 마지막 페이지와 연결하면 된다.
-Index 관리
.만약, 성명순 Index를 ST_NAME_IDX라는 이름으로 생성하였다면,
DBMS는 ST_NAME_IDX라는 Index 화일을 <키 값, 인덱스 포인터, 데이터 레코드
포인터> 형태로 구성하여 인덱스 포인터 값을 성명순으로 연결되게 관리한다.
▣데이터베이스의 장애와 회복
▣장애와 회복
▣장애(failure)
.정해진 명세대로 시스템이 작동하지 않은 상태로서 이전 상태로 회복할 필요성이 있는 경우
.장애 유형
▣트랜잭션 장애: 트랜잭션내의 논리적 오류나 내부 조건, 즉 입력 데이터의 불량, 데이터의 불명확, 시스템 자원의 과다 사용 요구 등으로 정상적인 실행을 계속할 수 없는 상태
▣시스템 장애: 하드웨어의 오동작으로 메인 메모리에 있는 정보의 손실이나 교착 상태가 발생하여 더 이상 실행을 계속할 수 없는 상태
▣매체 장애: 디스크 장치의 고장으로 인해 저장 장치의 데이터베이스 일부 또는 전부가 손상된 상태
▣회복(recovery)
.장애가 일어났을 때 데이터베이스를 장애 발생 이전의 모순이 없는 상태로 복원시키는 것을 말한다.
.DBMS는 회복 관리자(recovery management)를 두고 신뢰성 있는 회복을 위해 덤프(dump)와 로그(log)를 수행한다.
*Dump: 주기적으로 데이터베이스를 안전한 다른 장치(디스크 또는 테이프)에 복사본을 유지하는 것
*Log: 처리 과정에서 데이터베이스가 변경될 때마다 이전 값(old value)과 변경된 값(new value)을 별도의 화일에 기록해 두는 것
.회복을 위해 취할 수 있는 조치
▣Redo(): 데이터베이스 내용 자체가 손상된 경우에 가장 최근의 복사 본을 적재시킨 뒤 이 복사 본 이후에 일어난 변경만을 로그를 이용하여 재실행함으로서 데이터베이스를 복원하는 것
▣Undo(): 데이터베이스 내용 자체는 손상되지 않았지만 변경 중이거나 변경된 내용에 대한 신뢰성을 잃어버린 경우에 로그를 이용하여 변경 내용을 취소하고 처리 이전 상태로 복원하는 것
※위의 두 방법은 일반적인 회복 조치이며, 이 외에 이중 데이터베이스 구조를 운영하는 방법도 있다.
▣트랜잭션 관리
▣트랜잭션(transaction)
.트랜잭션은 하나의 논리적 기능을 수행하기 위한 작업 단위로서 데이터베이스의 일관된 상태를 유지해야 하는 단위이다.
▣트랜잭션의 특성
▣원자성(automicity): 트랜잭션은 완전히 수행되거나 아니면 아예 실행되지 않은 상태여야 한다. 즉, 일부의 수행은 의미가 없다.
▣일관성(consistency): 트랜잭션이 실행을 성공적으로 완료하면 데이터베이스의 일관성이 유지된다. 즉, 데이터베이스 상태가 모순되지 않는다.
▣격리성(isolation): 트랜잭션이 실행 중에 있는 중간 결과를 다른 트랜잭션이 접근할 수 없다.
▣영속성(durability): 트랜잭션이 일단 실행을 성공적으로 완료하면 그 결과는 영속적이다.
예>BEGIN_TRANSACTION:
UPDATE ACCOUNT
SET BAL=BAL-100
WHERE ACCNT='A';
IF ERROR GO TO UNDO;
UPDATE ACCOUNT
SET BAL=BAL+100
WHERE ACCNT='B';
IF ERROR GO TO UNDO;
COMMIT;
GO TO FINISH;
UNDO:
ROLLBACK;
FINISH:
RETURN;
END_TRANSACTION
▣로그 이용 회복
▣데이터베이스 로그 레코드 구성
-<Ti, Start>: 트랜잭션 Ti가 실행 시작
-<Ti, Xj, V1, V2>: 트랜잭션 Ti가 데이터 아이템 Xj의 값을 V1에서 V2로 변경
-<Ti, Commit>: 트랜잭션 Ti가 실행 완료
▣지연 갱신 회복
-지연갱신(deferred update) 회복 기법은 트랜잭션이 완료되기 이전까지 Output() 연산을 지연시키고, 데이터의 변경 내용을 로그에 전부 기록해 두었다가 <Ti, Commit>된 트랜잭션만 Output()을 수행하여 데이터베이스에 반영하는 방법이다.
-로그 레코드는 트랜잭션의 새로 변경된 값만을 갖고 있으면 된다. 즉, <Ti, Xj, V2>
예> 로그 데이터베이스
T1 :Read(A,a)<T1, Start>A=1000, B=2000
a=a-100
Write(A,a)<T1, A, 900>A=1000, B=2000
Read(B,b)
b=b+100
Write(B,b)<T1, B, 2100>A=1000, B=2000
<T1, Commit>A=900, B=2100
-만약 장애가 일어나면 회복 관리자는 로그 <Ti, Start>와 <Ti, Commit> 레코드가 있는 트랜잭션 Ti에 대해서만 재실행(Redo) 시킨다.
-회복 관리자가 로그를 이용하여 Redo(Ti)를 실행하는 도중에 장애가 발생하면 Redo(Ti)를 다시 실행하게 된다. 즉, 로그를 이용하여 Redo(Ti)를 여러 차례 실행해도 그 결과는 동일하다.
▣즉시 갱신 회복
-즉시갱신(immediate update) 기법은 트랜잭션이 실행하고 있는 활동 상태에서 데이터의 변경 결과를 데이터베이스에 즉시 반영하는 방법으로서, 만약 문제가 발생하면 로그를 이용하여 트랜잭션 이전의 값으로 데이터베이스를 복원한다.
예> 로그 데이터베이스
T1 :Read(A,a)<T1, Start>A=1000, B=2000
a=a-100
Write(A,a)<T1, A, 1000, 900>A=900, B=2000
Read(B,b)
b=b+100
Write(B,b)<T1, B, 2000, 2100>A=900, B=2100
<T1, Commit>A=900, B=2100
-만약, 장애가 일어나면 회복 관리자는 로그를 검사해 보고 다음과 같은 방법으로 Redo(Ti)나 Undo(Ti)를 실행할 트랜잭션을 결정한다.
▣Undo(Ti): 만약 로그에 <Ti, Start>레코드만 있고 <Ti, Commit>는 없을 때
.로그 레코드를 역순으로 참조하여 데이터베이스를 이전 값으로 복원한다.
▣Redo(Ti): 만약 로그에 <Ti, Start>와 <Ti, Commit> 레코드가 모두 있을 때
.로그 레코드를 차례로 참조하여 데이터베이스를 변경된 값으로 복원한다.
-Undo(Ti) 역시 여러 차례 실행해도 그 결과는 동일하다.
▣데이터베이스의 병행 제어
▣병행 제어 없을 시 문제점
-트랜잭션간 간섭으로 발생되는 문제들
▣갱신 분실(lost update)
T1 |
T2 |
Read(X,x) x=x +100 Write(X,x) Output(X) |
Read(X,x) x=x * 2 Write(X,x) Output(X) |
-트랜잭션 T1과 T2가 데이터베이스 X에 동시에 접근하여 갱신 연산을 수행하였으나 실제로는 T2만 갱신된 결과가 되고 T1은 무효가 되었다.
?모순성(inconsistency)
T1 |
T2 |
Read(X,x) x=x -100 Write(X,x)
Read(Y,y) y=y +100 Write(Y,y) Output(X) Output(Y) |
Read(X,x) x=x * 2 Write(X,x) Read(Y,y) y=y * 2 Write(Y,y) Output(X) Output(Y) |
-트랜잭션 T1과 T2에서 데이터베이스 갱신 결과 X와 Y는 두 트랜잭션이 원하는 결과가 아닌 모순된 결과로 남게 된다.
▣연쇄 복귀(cascading rollback)
T1 |
T2 |
Read(X,x) x=x +100 Write(X,x)
Read(Y,y) Rollback T1 |
Read(X,x) x=x * 2 Write(X,x) Output(X) |
-트랜잭션 T1이 X를 갱신한 후에 Y를 읽다가 rollback(T1)을
하게되면 이미 성공적으로 갱신이 끝난 T2는 rollback이 안되므로 결과적으로 T1에 의해
무효가 된다.
▣로킹 기법
-로킹(locking)은 트랜잭션이 특정 데이터베이스 아이템에 대해 Lock을 걸어 다른 트랜잭션으로부터 간섭을 방지하는 방법이다.
-Lock이 걸린 아이템은 Lock을 걸은 트랜잭션에 의해서만 Unlock할 수 있다.
▣로킹 규약
▣트랜잭션 T가 Read(X)나 Write(X) 연산을 하려면 반드시 먼저 Lock(X) 연산을 실행해야 한다.
▣트랜잭션 T가 실행한 Lock(X)에 대해서는 T가 모든 실행을 종료하기 전에 반드시 Unlock(X) 연산을 실행해야 한다.
▣트랜잭션 T는 다른 트랜잭션에 의해 이미 X에 Lock이 걸려 있으면 다시 Lock(X)를 실행시키지 못한다.
▣트랜잭션 T는 X에 Lock을 자기가 걸어 놓지 않았다면 Unlock(X)를 실행시키지 못한다.
*일반적으로 트랜잭션 내에서 걸어 놓은 모든 Lock은 트랜잭션이 정상적으로 종료되면 해제가 된다.
▣로킹 유형
▣Shared-lock(S-lock, 공용 로크): 트랜잭션 T가 아이템 X에 대해 S-lock을 걸면 T는 이 아이템에 대해 참조하는 권한은 갖지만 변경할 수는 없다. 이때 이 X에 대해 다른 트랜잭션이 동시에 S-lock을 거는 것이 허용된다.
Ti Tj |
S-lock |
X-lock |
S-lock |
T |
F |
X-lock |
F |
F |
?Exclusive-lock(X-lock, 전용 로크): 트랜잭션 T가 아이템 X에 대해 X-lock을 걸면 T는 X에 대해 참조와 변경을 모두 할 수 있다. 이때 다른 트랜잭션은 이 X에 대해 어떤 Lock도 걸 수 없다.
▣로킹 요령
데이터베이스 | 구역 | 화일 | 디스크 블록 | 레코드 | 한 레코드의 필드 |
-
T1 |
T2 |
T1 |
T2 |
|
X-lock(X) Read(X,x) x=x +100 Write(X,x) Unlock(X) X-lock(Y) Read(Y,y) y= y + 100 Write(Y,y) Unlock(Y) |
X-lock(X) Read(X,x) x=x * 2 Write(X,x) Unlock(X) X-lock(Y) Read(Y,y) y= y * 2 Write(Y,y) Unlock(Y) |
X-lock(X) Read(X,x) x=x +100 Write(X,x) X-lock(Y) Unlock(X) Read(Y,y) y= y + 100 Write(Y,y) Unlock(Y) |
X-lock(X) Read(X,x) x=x * 2 Write(X,x) X-lock(Y) Unlock(X) Read(Y,y) y= y * 2 Write(Y,y) Unlock(Y) |
트랜잭션 내에서 첫 번째 Unlock이 수행된 후에는 Lock을 수행하지 않는다.
▣로킹 단위
-로킹 단위란 로킹 대상이 되는 데이터 객체의 크기를 말한다.
-로킹 단위가 크면 병행 수행 수준이 낮아지게 되어 데이터베이스의 공유 정도가 떨어지지만 병행 제어는 간단해지고, 로킹 단위가 작으면 데이터베이스의 공유 정도가 올라가는 반면 로크의 수가 많아지게 되어 관리가 복잡해진다.
-일반적으로 레코드 단위로 로킹 수행
▶병렬 연산 결과는 <T1, T2>순으로 수행한 결과나 <T2, T1>순으로 수행한 결과중에 하나일 때가 이상이 없는 트랜잭션 스케줄이 되는 것이다.
▣<T1, T2> ?<T2, T1>
x=1100 x=2000
y=2100 y=4000
x=2200 x=2100
y=4200 y=4100
①로킹규약 미준수②로킹규약 준수
x=1100 x=1100
x=2200 x=2200
y=4000 y=2100
y=4100 y=4200