DB 데이터 종속성과 정규화(5)

데이터베이스의 종속성과 정규화 과정을 설명합니다. 삭제/삽입/갱신 이상 현상의 원인, 함수종속(완전/부분/이행), 다치종속, 조인종속의 개념, 그리고 제1정규형부터 제5정규형까지의 정규화 단계와 역정규화 기법을 체계적으로 다루고 있습니다.

데이터 종속성과 정규화

3종류 이상

• 삭제 이상(정보손실)
  • 예시로 200번 학생이 ‘C123’의 과목 번호와, 3학년이라는 정보를 함께 가진다고 가정하자.
  • ‘C123’ 등록을 취소한다면?
    ⇒ 3학년이라는 정보도 함께 삭제됨(삭제 이상)
• 삽입 이상(정보 강제삽입)
  • 예시로 과목 번호가 기본키라고 가정하자.
  • 600번 학생이 2학년이라는 사실을 삽입한다면?
    ⇒ 어떤 과목 번호를 등록하지 않는 한 삽입이 불가능(삽입 이상)
• 갱신 이상(정보의 모순성)
  • 400번 학생의 투플(데이터)가 4개 있다고 가정하자.
  • 400번 학생의 학년을 4에서 3으로 하나만 변경
    ⇒ 400번 학생에 대한 4개의 투플 모두를 변경해야 함(갱신 이상)

데이터가 보통 종속성이 있으니까 이렇게 이상이 발생하는 것이다.
정규화는 이런 종속성을 없애주기 위해 데이터를 분할 하는 과정이라 할 수 있다.

• 즉, 이상의 해결은 정규화 과정이라 할 수 있다.
• 스키마 변환(조건에 맞게 릴레이션 분할) = 정규화 과정과 유사

정규화를 위한 개념

함수 종속(FD) : X->Y(X는 결정자, Y는 종속자)

• Y는 X에 종속 + 최대 하나만 연관!

• 예시 : “학번->학년” 은 “학생은 한 학년에만 속한다” - 의미적 제약조건

함수 종속의 추론 규칙(수학과 유사) - 반사, 첨가, 이행, 분해, 결합

함수 종속 다이어그램(FDD)

• 함수 관계의 표현 (정규형 문제시 FDD를 그려서 확인!)
• FDD를 그리면 훨씬 정규형을 구하기 쉬우므로 이부분은 따로 정리하지 않으니 구글링을 통해 확인.

완전함수종속 : X’⊂ X 이고 X’ → Y 가 성립되는 애트리뷰트 X’이 존재하지 않는 경우

• 기본키에만 종속

부분함수종속 : X’⊂ X 이고 X’ → Y 가 성립되는 애트리뷰트 X’이 존재하는 경우

• 복합키의 일부에 종속
  • 복합키는 말그대로 기본키로 설정한게 2개이상을 칭함.
  • 즉, 2개이상의 조합으로 기본키를 설정한다는 의미

이행함수종속 : A->B, B->C, A->C 성립시 애트리뷰트 C는 A에 이행함수종속

• (A->B->C)

다치종속(MVD) : A값에 대해 B값이 여러개로 결정

• 1:N

조인종속(JD) : A, B, …, Z 를 R의 애트리뷰트들에 진부분집합이라 할 때 릴레이션R이 그의 프로젝션 A, B, …, Z의 조인과 동일하면 R은 JD*(A, B, …, Z)를 만족한다.

모든 함수종속(FD)은 다치종속(MVD), MVD는 JD의 특별한 형태(2분해)

이부분은 꼭 그림과 함께 보면 이해하기 쉬우므로 그림을 참고 할 것

제 1~5정규형

정규형 : 정규화. 즉, 스키마 변환(S->S’)로 정규형을 만듦

• 스키마 변환의 원리 3가지 = 정규화의 원칙
  • 정보 표현의 무손실, 최소의 데이터 중복, 분리의 원칙

제1정규형 – 원자 값으로 분리

제2정규형 – 부분함수종속 제거

제3정규형 – 이행함수종속 제거

보이스/코드 정규형(BCNF) - 결정자가 모두 후보 키인 경우

제4정규형 – 다치종속이 아예 없거나, 다치종속인데 함수종속(특징: 값 1개씩)이 아닌게 있다면 그 다치종속을 제거

제5정규형 – 조인종속이 그냥 없거나, 후보키를 통하지 않은 조인종속이면 제거

• 참고 : 1NF->3NF 이런식의 변화는 불가함. 순서대로 분리해야함.

정규화 과정 (무손실 분해)

비정규 릴레이션 ->
[원자 값이 아닌 도메인을 분해] -> 1NF ->
[부분 함수 종속 제거] -> 2NF ->
[이행 함수 종속 제거] -> 3NF ->
[결정자가 후보 키가 아닌 함수종속(FD) 제거] -> BCNF ->
[함수 종속이 아닌 다치 종속(MVD) 제거] -> 4NF ->
[후보 키를 통하지 않은 조인 종속(JD) 제거] -> 5NF

• 실무에서는 진짜 많이 사용한다고 해도 BCNF까지 사용
• 4, 5NF는 이론으로만 기억할 것

역 정규형

(보충)역정규화 – 시스템의 성능 향상, 개발 과정의 편의성, 운영의 단순화를 위해 정규화 원칙을 의도적으로 위배

• 정규화를 통해 분리되었던 릴레이션에서 중복을 허용하고 다시 통합하거나 분할하여 구조를 재조정하는 과정이라 할 수 있다.
• 테이블 분할(=파티셔닝) : 수평 or 수직 분할
  • 수평 분할 : 레코드를 기준으로 테이블 분할(하나의 테이블이 가지는 레코드 개수가 많아서 사용)
  • 수직 분할 : 칼럼을 기준으로 테이블 분할(하나의 테이블이 가지는 칼럼의 개수가 많아서 사용)
• 하나의 테이블에 데이터가 너무 많으면 엑세스가 오래걸리니까 DBMS는 알아서 수평 분할해줌
• 다양한 경험을 필요로 하는 작업이다.

분할의 예시

• 갱신 위주의 칼럼 수직 분할 : 몇 개의 갱신 위주의 칼럼에 대한 작업이 나머지 조회 위주의 칼럼 이용을 방해함
  • 분리 예시 : 회원접속
• 자주 조회되는 칼럼 분할 : DBMS 매커니즘상 데이터 읽으면 메모리에 일정기간 적재. 조회 칼럼만 분리하면 성능업.
  • 분리 예시 : 회원인증
• 특정 칼럼의 크기가 아주 큰 경우 분할 : 특정한 데이터 형식에 기인하는 문제인 경우가 대부분
  • 분리 예시 : 회원사진
• 특정 칼럼에 보안을 적용해야 하는 경우의 분할 : 칼럼 자체는 권한제어가 없음. 테이블로 나눠서 권한 얻자
  • 분리 예시 : 회원등급

중복 허용의 예시

• 중복 테이블 유형 : 다양한 유형이 존재.(예:집계, 진행 테이블)

• 중복 칼럼 생성 – 논리 데이터 모델링 과정에서 정규화는 중복 칼럼을 최대한 제거,

• 하지만 물리 데이터 모델링 과정에서는 이러한 정규화를 어기면서 다시 중복 칼럼 생성을 수행하곤 함.