개념적, 논리적, 물리적 설계 개요
데이터베이스 생명주기 (LIFE CYCLE)
- 생명 주기의 어떤 단계에서 일단 문제가 발생하면 그 피드백을 받아 그 앞의 적절한 단계로 되돌아가 그 단계에서부터 다시 계속 수행
- ① 요구 조건 분석: 데이터베이스에 저장할 데이터의 범위를 정의하기 위하여 사용자와 그 응용을 식별하고 그들이 필요로 하는 요구사항 분석
- ② 설계: 개념적인 설계에서 시작하여 논리적인 설계를 거쳐 목표 DBMS에 구현할 수 있는 물리적 설계까지 포함
- ③ 구현: 설계된 데이터베이스 스키마의 정의, 데이터베이스 파일의 생성, 응용 소프트웨어를 목표 DBMS 환경에 맞도록 구현
- ④ 운영: 데이터베이스 시스템과 응용 시스템을 실제로 운영하고 관리하여 사용자의 요구에 따라 서비스를 제공
- ⑤ 감시 및 개선: 데이터베이스 시스템을 운영하는 과정에서 발생하는 새로운 요구조건이나 응용에 대처하고 부문별 시스템 활용도의 변동에 따라 저하될지 모르는 성능을 개선
데이터베이스 설계 단계
데이터베이스 설계 목표
- 특정 사용자와 응용의 정보 내용 요구 만족
- 자연스럽고 쉽게 이해할 수 있는 정보 구조 제공
- 처리 요구 조건과 응답시간, 처리시간, 저장 공간 등과 같은 성능 관련 요소 지원
데이터베이스 설계 단계
- DB설계는 사용자의 요구 조건에서부터 데이터베이스 구조를 도출해 내는 과정
- ① 요구조건 분석 (requirement analysis)
- ② 개념적 설계 (conceptual design)
- ③ 논리적 설계 (logical design)
- ④ 물리적 설계 (physical design)
- ⑤ 구현 (implementation)
데이터베이스 설계 작업 구분
- 데이터 중심 설계 (data-driven database design): 데이터베이스의 내용과 구조에 치중한 설계
- 처리 중심 설계 (processing-driven database design): 데이터 처리와 응용(트랜잭션)에 치중한 설계
요구조건 분석
요구조건 종류
- 정적 정보 구조에 대한 요구 조건: 개체, 애트리뷰트, 관계성, 제약조건
- 동적 데이터베이스 처리 요구 조건: 트랜잭션의 유형, 트랜잭션의 실행빈도
- 범 기관적 제약조건: 기관의 경영목표, 정책, 규정 등
요구조건 분석과정
- DB 사용에 필요한 정보 수집 (사용자 그룹, 업무, 데이터 종류, 데이터 흐름 등)
- 범 기관적 경영 목표와 제약 조건을 식별
- 공식 요구 조건 명세의 작성 및 검토
- HIPO (Hierarchy Input Process Output): Input-Process-Output으로 이루어진 모듈을 계층적으로 나타낸 도표이며 시스템의 기능을 여러 개의 고유 모듈들로 분할하여 이들 간의 인터페이스를 계층 구조로 표현한 도형 또는 도면
- DFD (Data Flow Diagram): 데이터가 각 프로세스를 따라 흐르면서 변환되는 모습을 나타낸 그림으로, 시스템 분석과 설계에서 매우 유용하게 사용
- SADT (Structured Analysis and Design Technique): Softtech사에서 개발되었으며 시스템 구조를 계층적으로 기술하고 대규모/복잡한 문제를 구조적으로 분석
- 최종 시스템 명세 확정
개념적 설계
개념적 스키마 모델링
- 요구조건 분석의 결과로 나온 명세를 E-R 다이어그램과 같은 개념적 데이터 모델
- DBMS에 독립적이고 고차원적인 표현 기법으로 기술하는 것
- 추상화: 개념적 스키마를 유도하는 기본원리
- 집단화: 여러 애트리뷰트를 그룹지어 하나의 개체로 만드는 것
- 일반화: 공통 성질을 가진 여러 부류의 개체들을 더 일반적이고 포괄적인 개체로 만드는 것
트랜잭션 모델링
- 트랜잭션 모델링은 요구조건 분석 결과로 식별된 응용을 검토해서 구현해야 될 트랜잭션을 고차원 명세로 정의하는 것
- 트랜잭션의 유형 검색, 갱신, 삽입, 삭제
논리적 설계
- 개념적 설계 단계에서 생성된 독립적 개념 스키마를 목표 DBMS에 맞는 논리적 스키마로 변환하는 것
- 정규화 이론에 의한 DB 설계 최적화를 시행
- 트랜잭션 인터페이스 설계(응용 프로그램의 인터페이스 설계)
- 스키마의 평가 및 정제
- 정량적 정보: 데이터의 양, 처리 빈도수, 처리 작업량
- 성능 평가 기준: 논리적 레코드의 접근, 데이터의 전송량, 데이터베이스의 크기
- DBMS의 선정 기준 (비용 중심)
- 기본적인 기능과 추가적인 기능
- 소프트웨어 구입비용
- 유지비용 (version up)
- 하드웨어 구입비용
- DB 생성과 변환 비용
- 인건비 및 교육 훈련비용
- 운영비용
물리적 설계
- 물리적 설계는 논리적 스키마로부터 효율적인 내부 스키마를 설계하는 것
- 트랜잭션의 상세 설계 병행
- 데이터베이스의 물리적 구조는 데이터베이스 시스템의 성능에 중대한 영향을 미침
- 물리적 데이터베이스의 기본적인 데이터 단위는 저장 레코드(stored record)
- 물리적 데이터베이스 구조는 데이터베이스에 포함될 여러 파일 타입에 대한 저장 레코드의 양식, 순서, 접근 경로, 저장 공간의 할당 등을 표현한 것
- 물리적 설계의 옵션 선택 시 고려사항
- 응답 시간: 데이터베이스 트랜잭션을 실행시키기 위해 시스템에 입력시킨 때부터 다시 결과를 받을 때까지 걸리는 시간
- 저장 공간의 효율화: 데이터베이스 파일과 접근 경로 구조 등을 저장하기 위한 최소한의 저장 공간을 사용하는 것
- 트랜잭션 처리도(throughput): 단위 시간에 DB 시스템이 처리할 수 있는 평균 트랜잭션의 수
구현
데이터베이스 생성
- DBMS의 DDL로 기술된 명령문이 컴파일 되고 실행
- 데이터베이스 스키마와 빈 데이터베이스가 생성
- 데이터가 데이터베이스에 적재 (필요시 변환 루틴이나 유틸리티에 의해 적재)
저장공간 평가
- 주기억장치 공간
- 보조 기억장치 공간
시간 평가
- 질의 응답시간: 질의를 시작해서 질의 결과가 처음 디스플레이 될 때까지 걸리는 시간
- 트랜잭션 갱신 시간: 트랜잭션이 시작되어 완전히 끝날 때까지 걸리는 시간
- 보고서 작성 시간: 검색 및 CPU와 I/O 서비스 시간
데이터베이스 설계 시 고려사항
무결성
- 갱신, 삽입, 삭제 등의 연산 수행 뒤에도 데이터 값은 항상 주어진 제약조건을 만족해야 하는 것
- 개체 무결성
- 기본키(Primary Key)는 유일한 값을 가져야 하며 Null 값을 가질 수 없음
- 참조 무결성
- 외래키(Foreign Key)는 참조하고 있는 기본키 값에 부합해야 하며 Null 값을 가질 수 있음
- 외래키가 Null 값을 가진다는 의미는 아직 참조할 튜플을 결정하지 못한 것을 의미
- 도메인 무결성
- 속성의 값의 범위인 도메인을 만족해야 하는 것을 의미
일관성
- 질의에 대한 응답에 모순성 없이 일치하는 결과를 반환하는 특성
- 실행중의 일관성 위반은 허용하지만, 결과의 일관성은 반드시 지켜져야 함
회복
- 시스템에 장애가 발생했을 때 장애 발생 직전의 일관된 데이터베이스 상태로 복구하는 것
보안
- 의도적이거나 우연한 것을 불문하고 불법적으로 데이터의 변경이나 손실 또는 노출에 대한 보호를 의미
- 임의접근 제어기법: 사용자의 ID, 비밀번호 등을 이용하여 데이터베이스의 접근을 제어
- 강제접근 제어기법: 객체 자체에 등급을 부여하여 해당 객체의 접근 권한이 있는 경우에만 접근을 허용
효율성
- 응답시간의 단축
- 저장 공간의 최적화
- 시스템의 생산성 향상
데이터베이스의 확장
시스템 운영에 영향을 주지 않으면서 새로운 데이터를 계속적으로 추가시켜 나갈 수 있는 기법
데이터베이스 설계 프로세스
- 프로세스 개념도
