데이터베이스 설계에서 구현까지 개념, 논리, 물리 스키마
데이터베이스 설계는 요구조건 명세서 작성부터 시작하여 개념 스키마, 논리 스키마, 물리 스키마 설계를 거쳐 최종적으로 DDL을 통한 구현까지 체계적인 단계로 진행되는 과정이다.
요약:
- 사용자의 요구조건 명세서 작성
- 개념 스키마로 ER다이어그램을 작성합니다.
- DBMS에 맞게 개념스키마를 논리스키마로 설계합니다. 테이블을 설계하고 정규화 과정을 진행합니다.
- 논리스키마를 물리스키마로 설계합니다. 인덱스 구조, 접근 경로 등을 결정합니다.
- 앞선 스키마들을 DBMS에 DDL로 데이터베이스를 구현합니다.
데이터베이스 설계의 단계별 과정
데이터베이스 설계는 추상적인 개념에서 구체적인 구현까지 단계적으로 진행되는 과정이다. 각 단계는 서로 다른 수준의 추상화를 제공하며, 이를 통해 복잡한 데이터베이스 시스템을 체계적으로 구축할 수 있다.
3단계 스키마 구조
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외부 스키마 : 사용자 영역, View영역 , 개념스키마의 부분집합
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개념 스키마 : 외부 사용자 그룹으로부터 요구되는 전체 DB를 기술하는 부분
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내부 스키마 : 저장 구조를 결정 , 보안 대책 , 자료 구조 기술
1. 요구조건 명세서 작성
데이터베이스 설계의 첫 단계는 사용자의 요구사항을 명확히 이해하고 문서화하는 것이다.
- 목적: 사용자의 데이터 요구사항과 비즈니스 규칙을 파악
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주요 활동:
- 사용자 인터뷰 및 요구사항 수집
- 데이터 항목 식별
- 데이터 관계 및 제약조건 파악
- 데이터 처리 요구사항 정의
요구조건 명세서 예시:
- 학생 정보 관리: 학번, 이름, 학과, 연락처 등의 정보 저장
- 강의 정보 관리: 강의코드, 강의명, 담당교수, 학점 등의 정보 저장
- 수강 신청 관리: 학생이 신청한 강의 정보 및 성적 관리
- 제약조건: 한 학생은 최대 6과목까지만 수강 가능
요구조건 명세서는 이후 모든 설계 단계의 기초가 되므로, 사용자의 요구사항을 정확하고 완전하게 파악하는 것이 중요하다.
2. 개념 스키마 설계 (ER 다이어그램 작성)
개념 스키마는 데이터베이스의 전체적인 구조를 추상적으로 표현한 것으로, 주로 ER(Entity-Relationship) 다이어그램을 통해 시각화한다.
- 목적: 데이터베이스의 전체적인 구조를 DBMS에 독립적인 방식으로 설계
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주요 활동:
- 엔티티(개체) 식별
- 엔티티 간의 관계 정의
- 속성 및 키 속성 식별
- ER 다이어그램 작성
개념 스키마 구성 요소:
- 엔티티: 학생, 강의, 교수, 수강신청
- 관계: 학생-수강신청(1:N), 강의-수강신청(1:N), 교수-강의(1:N)
- 속성: 학생(학번, 이름, 학과...), 강의(강의코드, 강의명...)
💡 개념 스키마는 가장 높은 수준의 추상화를 제공하며, 특정 DBMS나 물리적 구현 세부사항에 독립적이다.
3. 논리 스키마 설계 (테이블 설계 및 정규화)
논리 스키마는 개념 스키마를 선택한 DBMS의 데이터 모델(주로 관계형 모델)에 맞게 변환한 것이다.
- 목적: 개념 모델을 특정 DBMS의 데이터 모델에 맞게 변환
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주요 활동:
- 엔티티를 테이블로 변환
- 관계를 외래 키로 구현
- 정규화를 통한 데이터 중복 제거
- 무결성 제약조건 정의
논리 스키마 예시(관계형 모델):
- 학생(학번, 이름, 학과, 연락처)
- 강의(강의코드, 강의명, 학점, 교수ID)
- 교수(교수ID, 이름, 학과, 연락처)
- 수강신청(수강ID, 학번, 강의코드, 학기, 성적)
⚡ 정규화 과정:
- 1NF: 모든 속성이 원자값을 가지도록 함
- 2NF: 부분 함수적 종속성 제거
- 3NF: 이행적 종속성 제거
- BCNF: 결정자가 후보키가 되도록 함
논리 스키마 설계 단계에서는 데이터 중복을 최소화하고 일관성을 유지하기 위해 정규화 과정이 중요하다.
4. 물리 스키마 설계 (인덱스 및 접근 경로 결정)
물리 스키마는 논리 스키마를 실제 저장 장치에 어떻게 구현할지 결정하는 단계이다.
- 목적: 효율적인 데이터 접근과 저장을 위한 물리적 구조 설계
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주요 활동:
- 저장 구조 및 파일 형식 결정
- 인덱스 구조 설계
- 데이터 접근 경로 최적화
- 파티셔닝 전략 수립
물리 스키마 설계 예시:
- 학생 테이블: 학번에 클러스터드 인덱스 생성
- 수강신청 테이블: (학번, 강의코드)에 복합 인덱스 생성
- 강의 테이블: 강의명에 비클러스터드 인덱스 생성
- 자주 조회되는 학생-수강신청-강의 조인 쿼리를 위한 뷰 생성
💡 물리 스키마 설계는 데이터베이스의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 예상 쿼리 패턴과 데이터 볼륨을 고려하여 설계해야 한다.
5. 데이터베이스 구현 (DDL을 통한 구현)
마지막 단계는 설계된 물리 스키마를 실제 DBMS에 DDL(Data Definition Language)을 사용하여 구현하는 것이다.
- 목적: 설계된 스키마를 실제 데이터베이스로 구현
-
주요 활동:
- 테이블 생성 (CREATE TABLE)
- 제약조건 정의 (PRIMARY KEY, FOREIGN KEY, CHECK 등)
- 인덱스 생성 (CREATE INDEX)
- 뷰 생성 (CREATE VIEW)
- 저장 프로시저 및 트리거 구현
-- DDL 구현 예시
CREATE TABLE Students (
StudentID VARCHAR(10) PRIMARY KEY,
Name VARCHAR(100) NOT NULL,
Department VARCHAR(50),
Phone VARCHAR(15)
);
CREATE TABLE Courses (
CourseID VARCHAR(10) PRIMARY KEY,
CourseName VARCHAR(100) NOT NULL,
Credits INT CHECK (Credits > 0),
ProfessorID VARCHAR(10),
FOREIGN KEY (ProfessorID) REFERENCES Professors(ProfessorID)
);
-- 인덱스 생성
CREATE INDEX idx_course_name ON Courses(CourseName);
DDL을 통한 구현 단계에서는 설계된 스키마가 DBMS의 특성과 문법에 맞게 정확히 변환되어야 한다.
데이터베이스 스키마 특징 비교 표
각 스키마 수준은 서로 다른 추상화 레벨과 목적을 가지고 있다. 아래 표는 세 가지 스키마 수준의 주요 특징을 비교한 것이다.
| 특성 | 개념 스키마 | 논리 스키마 | 물리 스키마 |
|---|---|---|---|
| 추상화 수준 | 가장 높음 | 중간 | 가장 낮음 |
| 대상 사용자 | 비즈니스 분석가, 이해관계자 | 데이터 모델러, 설계자 | DBA, 개발자 |
| 표현 방식 | ER 다이어그램 | 테이블 구조, 관계 | 저장 구조, 인덱스 |
| DBMS 의존성 | 독립적 | 데이터 모델에 의존 | 특정 DBMS에 의존 |
| 주요 초점 | 비즈니스 요구사항 | 데이터 구조와 관계 | 성능과 효율성 |
데이터베이스 설계의 중요성
체계적인 데이터베이스 설계 과정은 다음과 같은 이점을 제공한다:
- 데이터 중복 최소화: 정규화를 통해 데이터 중복을 줄이고 일관성을 유지
- 데이터 무결성 보장: 제약조건을 통해 데이터의 정확성과 일관성 보장
- 확장성 향상: 미래의 요구사항 변화에 유연하게 대응할 수 있는 구조 제공
- 성능 최적화: 효율적인 데이터 접근 경로와 인덱스 설계를 통한 성능 향상
- 유지보수 용이성: 체계적인 구조로 인해 변경 및 유지보수가 용이
데이터베이스 설계는 단순히 테이블을 생성하는 것 이상의 체계적인 과정이다. 개념, 논리, 물리 스키마의 단계적 설계를 통해 사용자의 요구사항을 충족시키면서도 효율적이고 확장 가능한 데이터베이스 시스템을 구축할 수 있다.
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