데이터베이스(7) - 기타 실무 응용(시스템 카탈로그, 인덱스, 트랜잭션, 회복)

1. 시스템 카탈로그

2. 인덱스

3. 트랜잭션

4. 회복(Recovery)

5. 병행 제어(Concurrency Control)

6. 보안(Security)

7. 튜닝(Tuning)

8. 객체 지향 데이터베이스

9. 고급 데이터베이스

1. 기타 실무 응용 - 시스템 카탈로그

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1. 시스템 카탈로그(System Catalog)의 개념

  > DBA 도구의 일종으로, DB에 저장되어 있는 모든 데이터 개체들에 대한 정의나 명세에 대한 정보가 수혹되어 있는 시스템 테이블이다.

  > 데이터 사전(Data Dictionary)이라고도 한다.

  > DDL(Data Definition Language)의 결과로 구성되는 기본 릴레이션, 인덱스, 뷰 등의 DB구조 및 통계 정보가 저장됨

  > SC에 저장된 내용들을 메타데이터(Metadata)라고 한다.

  > 사용자와 DBA시스템이 접근할 수 있다.

2. 시스템 카탈로그의 내용

  > 릴레이션 관련 정보

- 릴레이션의 이름

- 릴레이션이 저장된 파일 이름과 파일 구조

- 릴레이션의 속성들에 대한 속성 이름과 타입(또는 도메인)

- 릴레이션에 대해 정의된 각 인덱스의 이름

- 릴레이션에 대해 정의된 무결성 제약 조건

  > 인덱스 관련 정보

- 인덱스의 이름

- 인덱스의 구조

- 인덱스 키에 대한 정보

  > 뷰 관련 정보

- 뷰의 이름

- 뷰의 정의

- 뷰의 소유자

  > 통계 관련 정보

- 릴레이션 카디널리티(Cardinality) : 각 릴레이션에 저장된 레코드의 수

- 인덱스 카디널리티 : 각 인덱스에 저장된 레코드의 수

- 인덱스의 높이 : 각 트리 인덱스에 대한 레벨

- 인덱스의 범위 : 각 인덱스에 대한 최소 키 값과 최대 키 값

  > 사용자 관련 정보

- 사용자의 계정(Account) 정보

- 사용자의 권한 정보

3. 시스템 카탈로그의 특징

  > 시스템 카탈로그 자체도 시스템 테이블로 구성되어 있기 때문에 SQL문을 이용하여 내용을 검색할 수 있다.

  > DBMS에 의해 생성되고 유지된다.

  > 시스템 카탈로그의 갱신

- 사용자가 SQL문을 통해 테이블, 뷰 등을 변경하면 DBMS는 자동으로 SC를 갱신한다.

- 사용자가 직접 SQL문으로 SC를 갱신할 수 없다.

  > 분산 시스템에서의 시스템 카탈로그

- 보통의 릴레이션, 인덱스 등의 정보를 포함 + 위치 투명성, 중복 투명성을 위해 필요한 제어 정보 포함

- 위치 투명성 : 접근하려는 DB의 물리적 위치를 알지 못해도 DB의 논리적 명칭만으로 접근할 수 있는 특징

- 중복 투명성 : 동일 데이터가 여러 곳에 중복되어 있더라고 사용자는 마치 하나만 존재하는 것 처럼 사용

ㄴ 시스템은 자동으로 여러 데이터에 대한 작업을 수행

4. 시스템 카탈로그의 구성 요소

  > SYSOBJECTS

- 사용자 릴레이션, 뷰, 제약 조건, 규칙, 저장 프로시저 등 DB에서 만들어진 각 개체에 관한 정보를 한 행으로 관리

- 개체명, 소유자, 개체종류, 생성일 등으로 구성

  > SYSCOLUMNS

- 시스템 내 모든 테이블에 대헤 각 테이블이 가지고 있는 모든 열에 대한 정보를 한 행으로 관리

- 속성명, 테이블명, 소유자, 속성타입, 자릿수 등으로 구성

  > SYSINDEXES

- 시스템 내 모든 인덱스에 대한 정보를 한 행으로 관리

- 인덱스명, 테이블명, 속성수, 튜플수 등으로 구성

  > SYSVIEWS

- 시스템 내 모든 뷰에 대한 정보를 한 행으로 관리

- 뷰명, 소유자, 뷰명령문 등으로 구성 별로 안중요한 내용인 듯 한데 이렇게 귀찮게 굴거면 다써놓지 등은 뭐람

  > SYSUSERS

- 해당 DB를 사용할 수 있는 사용자와 그룹에 관한 정보를 한 행으로 관리

- 사용자ID, 사용자명, 그룹명, 생성일 등으로 구성

  > SYSPROTECTS

- DB계정에 적용된 사용자 권한에 관한 정보를 한 행으로 관리

- SYSPROTECTS는 개체명, 사용자ID, 권한, 보호타입 등으로 구성

  > SELECT문을 활용한 시스템 카탈로그 조회 예시

--SYSOBJECTS
SELECT 개체명, 소유자, 개체종류, 생성일 FROM SYSOBJECTS;
 
--SYSCOLUMNS
SELECT 속성명, 테이블명, 소유자, 속성타입, 자릿수 FROM SYSCOLUMNS;
 
--SYSINDEXES
SELECT 인덱스명, 테이블명, 속성수, 튜플수 FROM SYSINDEXES;
 
--SYSVIEWS
SELECT 뷰명, 소유자, 뷰명령문 FROM SYSVIEWS;
 
--SYSUSERS
SELECT 사용자ID, 사용자명, 그룹명, 생성일 FROM SYSUSERS;
 
--SYSPROTECTS
SELECT 개체명, 사용자ID, 권하느, 보호타입 FROM SYSPROTECTS;

2. 기타 실무 응용 - 인덱스

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1. 인덱스(Index)의 개념

  > <키 값, 포인터> 쌍으로 구성된 데이터 구조

- 목적 : 데이터 레코드(튜플)에 빠르게 접근하기 위함

- 키 값 : 데이터 테이블의 키

- 포인터 : 키 값이 저장된 레코드의 물리적인 주소

  > 인덱스가 없으면 (FULL)TABLE SCAN이 발생하여 비효율 초래

  > 구분 : 기본키를 위한 인덱스라면? 기본 인덱스, 아니면? 보조 인덱스

- 대부분 관계형DBMS는 모든 기본키에 대해 자동적으로 기본 인덱스 생성

  > 클러스터드 인덱스(Clustered Index)

- 레코드의 물리적 순서가 인덱스의 엔트리 순서와 일치하게 유지되도록 구성되는 인덱스

  > 대표적인 인덱스

- m-원 검색 트리, B-트리, B*-트리, B+-트리

2. m-원 검색 트리(m-Way Search Tree)

  > 한 노드가 1개의 키 값과 2개의 서브 노드를 갖는 이진 검색 트리를 일반화한 트리

  > 한 노드가 최대  m-1개의 키 값과 최대 m개의 서브 노드를 갖는다.

  > 이진 검색 트리에 비해 분기율이 향상됨

- 트리 깊이가 낮아져 특정 노드에 대한 검색 시간 감소

* 분기율 : 한 노드에서 서브 트리로 가는 포인터의 개수

  > 단점 : 키의 삽입 및 삭제 시 트리의 균형을 유지하기 위해 복잡한 연산이 수반되어야 함

  > 특징 : 

- 구조 : (m), (P1, K1, A1), (P2, K2, A2) ... (Pm-1, Km-1, Am-1) (Pm)

ㄴ m : 서브 노드 수

ㄴ Pi : i번 째 서브 노드에 대한 포인터

ㄴ Ki : i번 째 키 값

ㄴ Ai : i번 째 레코드 주소

ㄴ 1<= i <= m

- 각 노드 안에 있는 키 값들은 오름차순으로 차례대로 저장

- 포인터가 가리키는 서브 노드들은 모드 m-원 검색 트리이다.

3. B-트리

  > 인덱스를 구성하는 방법으로 많이 사용되는 균형된 m-원 검색 트리이다.

  > 키 값과 레코드를 가리키는 포인터들이 트리 노드에 오름차순으로 저장된다.

  > 키의 삽입과 삭제 시 노드의 분열과 합병이 발생할 수 있다.

  > 차수가 m인 B-트리 특

- 모든 노드는 최대 m개의 서브 노드를 가진다.

- 루트 노드와 단말 노드를 제외한 모든 노드는 최소 m/2개, 최대 m개의 서브 노드를 가진다.

- 단말 노드가 아닌 노드에 있는 키 값의 수는 그 노드의 서브 노드 수 보다 하나 적다.

- 모든 단말 노드는 같은 레벨에 있다.(==루트로 부터의 거리가 같다.)

- 한 노드 안에 있는 키 값들은 오름차순을 유지한다.

4. B*-트리

  > B-트리의 변형

- 빈번한 노드의 분할을 줄이기 위해 제시됨

  > B*-트리 특

- 각 노드가 가능한 한 최소 2/3가 채워지도록 설정

- 루트 노드를 제외한 모든 노드는 최소 (2m-2)/3개, 최대 m개의 서브 노드를 가짐

- 루트 노드는 그 자체가 단말 노드가 아닌 경우 적어도 2개의 서브 노드를가짐

- 단말 노드가 아닌 노드에 있는 키 값의 수는 그 노드의 서브 노드 수보다 하나 적다.

- 모든 단말 노드는 같은 레벨에 있다.

- 한 노드 안에 있는 키 값들은 오름차순을 유지한다.

아...교수냄새...왜이딴내용을..

5. B+-트리

  > B+-트리는 B-트리의 변형

- 인덱스 세트와 순차 세트로 구분됨

ㄴ 인덱스 세트(Index Set) : 단말 노드가 아닌 노드로 구성

ㄴ 키 값을 찾아갈 수 있는 경로로만 제공됨

ㄴ 순차 세트(Sequence Set) : 단말 노드로만 구성

ㄴ 해당 데이터 레코드의 주소를 참조

  > 단말 노드만을 이용한 순차 처리 가능

- 인덱스 세트에 있는 모든 키 값은 단말 노드에 다시 나타나기 때문

  > B+-트리에서의 직접 접근에는 인덱스 세트가 사용되고 순차 접근에는 순차 세트가 사용된다.

  > 차수가 m인 B+-트리 특

- 루트 노드와 단말 노드를 제외한 모든 노드는 최소 m/2개 최대 m개의 서브 노드를 가진다.

- 루트 노드는 0 또는 2에서 m개 사이의 서브 노드를 가진다.

- 단말 노드가 아닌 노드에 있는 키 값의 수는 그 노드의 서브 노드 수보다 하나 적다.

- 모든 단말 노드는 같은 레벨에 있다.

- 한 노드 안에 있는 키 값들은 오름차순을 유지한다.

- 순차 세트 내의 단말 노드들은 모두 링크로 연결되어 있다.

3. 기타 실무 응용 - 트랜잭션

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1. 트랜잭션(Transaction)의 정의

  > 트랜잭션은 DB에서 하나의 논리적 기능을 수행하기 위한 일련의 연산 집합이다.

- 작업의 단위이다.

  > 트랜잭션은 DBMS에서 회복 및 병행 수행 시 처리되는 작업의 논리적 단위이다.

  > COMMIT 연산 : 하나의 트랜잭션이 정상적으로 종료된 경우 수행되는 연산

- 수행된 내용을 DB에 반영하는 연산

- 트랜잭션의 완료 후 변경된 DB는 시스템에 오류가 발생하더라도 취소되지 않는다.

  > ROLLBACK 연산 : 하나의 트랜잭션이 비정상적으로 종료된 경우 수행되는 연산

- 트랜잭션이 수행한 모든 작업을 취소하고 이전 상태로 되돌리는 연산

- 할당 받았던 자원과 잠금을 모두 반환하고 재시작 또는 폐기

2. 트랜잭션의 특성

  > 데이터의 무결성을 보장하기 위한 DBMS에서 트랜잭션이 갖추어야 할 특성

  > 당연한 내용을 글로 옮긴 부분 교수ㅅㄲㄷ

  > 원자성(Atomicity)

- 트랜잭션의 연산은 DB에 모두 반영되거나 전혀 반영되지 않아야 한다.(일부 불가)

ㄴ 트랜잭션에 포함된 명령어 중 어느 하나라도 오류가 발생하면 트랙잭션 전체를 취소해야 한다.

  > 일관성(Consistency)

- 트랜잭션 수행이 성공적으로 완료되면 언제나 일관성 있는 DB상태로 변환한다.

- 시스템 고유 요소는 트랜잭션 수행 전과 수행 후의 상태가 같아야한다.

- 동시에 실행되는 트랜잭션이 없는 고립 상태에서의 트랜잭션 수행은 DB일관성을 유지해야 한다.

  > 독립성(Isolation)

- 한 트랜잭션이 데이터를 갱신하는 동안에는 해당 데이터를 다른 트랜잭션이 접근하지 못하도록 제한한다.

- 여러 트랜잭션이 동시에 수행되어도 그 결과는 순차적으로 실행된 결과와 같아야 한다.

- 여러 트랜잭션들이 동시에 실행되더라도 DBMS는 독립적인 순차실행을 보장해야 한다.

  > 영속성(Durability)

- 트랜잭션의 실행 성공 완료 후에는 시스템에 오류가 발생해도 트랜잭션에 의해 변경된 내용은 계속 보존

- 성공적으로 완료된 트랜잭션의 결과는 영구적으로 반영되어야 한다.

3. 트랜잭션의 상태

  > 활동(Active) :트랜잭션이 실행중인 상태

  > 실패(Failed) : 트랜잭션 실행 중 오류가 발생하여 중단된 상태

  > 철회(Aborted) : 트랜잭션이 비정상적으로 종료되어 ROLLBACK 연산을 수행한 상태

  > 부분 완료(Partially Committed) : 트랜잭션의 마지막 연산까지 수행하였지만 COMMIT 연산을 실행하기 전 상태

  > 완료(Committed) : 트랜잭션이 성공적으로 완료되어 COMMIT 연산을 수행한 후의 상태

4. 기타 실무 응용 - 회복(Recovery)

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1. 회복의 개념

  > 트랜잭션들을 실행하는 도중 장애(Failure)가 발생하여 DB가 손상된 경우 손상되기 이전 상태로 복구하는 작업

2. 장애의 유형

  > 실행 장애(Action Failure) 

- 사용자의 실수, 무결성 규정 위반 등 질의 실행 실패

  > 트랜잭션 장애(Transaction Failure) : 

- 트랜잭션 내부의 비정상적인 상황으로 인해 트랜잭션 실행 중지

  > 시스템 장애(System Failure) : 

- DB손상은 없지만 H/W 오동작, 정전, S/W 오류 교착상태 등에 의해 실행중이던 모든 트랜잭션들이 더 이상 실행을 계속할 수 없는 현상

  > 미디어 장애(Media Failure) : 

- 저장 장치인 디스크 블록의 손상이나 디스크 헤드 충돌 등에 의해 DB 일부 또는 전부가 물리적으로 손상

3. 회복 관리기(Recovery Manager)

  > 로그(Log), 메모리 덤프(Memory Dump) 등을 이용하여 회복 기능을 수행하는 DBMS의 핵심 구성 요소

  > 역할 : 트랜잭션 실행이 성공적으로 완료되지 못하면 로그를 이용하여 트랜잭션이 DB에 생성했던 모든 변화를 취소(Undo)시켜서, 트랜잭션 실행 이전의 원래 상태로 되돌린다.

  > 트랜잭션 실행을 성공적으로 완료했으나 디스크에는 반영되지 않는 경우?

- 회복 시 로그를 이용하여 재작업(Redo) 수행

4. 회복 기법

  > 연기 갱신(Deferred Update) 기법

- 트랜잭션이 성공적으로 종료될 때 까지 DB에 대한 실질적인 갱신을 연기하는 기법

- 트랜잭션이 실행되는 동안 변경된 내용은 로그에 보관

- 트랜잭션의 부분 완료 시점에 저장된 로그를 활용하여 변경 내용을 실제 DB에 반영

- 회복 작업을 수행할 경우 Redo 작업만 수행

  > 즉각 갱신(Immediate Update) 기법

- 트랜잭션이 데이터를 변경하면 부분 완료와 관계없이 즉시 실제 DB에 반영

- 변경된 모든 내용은 로그에 보관(장애 발생으로 인해 회복작업을 수행할 경우 대비)

- 회복 작업 Redo, Undo 모두 수행

  > 그림자 페이지(Shadow Paging) 기법

- 갱신 이전의 DB를 일정 크기의 페이지 단위로 구성하여 별도의 복사본으로 보관하고 작업을 진행하는 기법

- ROLLBACK이 필요할 때 그림자페이지를 덮어씌워 회복

- 로그, Redo, Undo 모두 필요없다

  > 검사점(Check Point) 기법

- 시스템 장애 발생 시 Redo, Undo 수행을 위한 로그조사를 피하기 위한 기법

- 트랜잭션 실행 중에 주기적으로 변경내용이나 시스템 상황 등의 정보와 검사점을 함께 로그에 보관

- 가장 최근의 검사점으로 부터 회복 작업을 수행하여 회복 시간 단축 가능

  > 미디어 회복(Media Recovery) 기법

- DB내용을 주기적으로 안전한 저장장치에 덤프

- 디스크 장애 발생 시 가장 최근의 덤프 내용을 디스크에 적재하고 해당 덤프 이후 완료된 트랜잭션 Redo

*** 트랜잭션 장애에는 무엇이 있는지?

*** 회복 기법에는 어떤 것들이 있는지?

5. 기타 실무 응용 - 병행 제어(Concurrency Control)

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6. 기타 실무 응용 - 보안(Security)

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7. 기타 실무 응용 - 튜닝(Tuning)

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8. 기타 실무 응용 - 객체 지향 데이터베이스

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9. 기타 실무 응용 - 고급 데이터베이스

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