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정규화

정규화란 관계형 데이터베이스의 설계에서 데이터 중복을 줄이고 데이터 무결성을 개선하기 위해 데이터를 정규형에 맞도록 구조화하는 프로세스

1. 정규화

  1. 이상(Anomaly) 현상이 발생하지 않도록 중복성 / 종속성을 최소화하기 위한 작업
  2. 논리적 설계 단계에서 수행하며, 속성 수가 적은 테이블로 분할되어 관리가 용이해짐
  3. 데이터 구조 안정성 최대화 / 데이터 삽입 시 릴레이션 재구성 필요 최소화

이상현상 종류

삽입 이상

데이터 삽입 시 불필요한 데이터가 함께 삽입

삭제 이상

튜플 삭제 시 필요한 데이터도 함께 삭제

갱신 이상

일부만 수정되어 데이터 불일치 -> 정보 모순 발생

정규화 과정

정규형 종류 내용
제 1 정규형 모든 도메인이 원자 값으로만 되어 있음
제 2 정규형 기본키가 아닌 속성이 기본키에 대한 완전 함수적 종속 만족하며 부분적 함수 종속을 제거한 정규형
제 3 정규형 기본키가 아닌 모든 속성이 기본키에 대해 이행적 함수 종속 관계를 만족하지 않아야 함
BCNF
(보이스/코드)		 릴레이션 R에서 모든 결정자가 후보키인 정규형
제 4 정규형 릴레이션 R에 다치 종속이 성립하는경우 R의 모든 속성이 A에 함수적 종속 관계를 만족하는 정규형
제 5 정규형 릴레이션 R의 모든 조인 종속이 R의 후보키를 통해서만 성립

반정규화

정규화 과정 진행 후, 시스템 성능 향상 및 운영 편의성을 위해 의도적으로 데이터 중복/통합/분리를 허용하여 정규화 원칙을 위반

함수적 종속

함수적 종속 종류 내용
완전 함수적 종속 ;Full Functional Dependency / 종속자가 기본키에만 종속
부분 함수적 종속 ;Partial Functional Dependency / 기본키가 여러 속성으로 구성되어 있을 때 기본키를 구성하는 속성 중 일부만 종속
이행적 함수 종속 ;Transitive Functional Dependency / X->Y, Y->Z 이면 X->Z

2. 관계 대수

관계 대수

원하는 정보의 검색 과정을 정의하는 절차적 언어

1) 순수 관계 연산자

기호 종류 내용
σ Select (선택) 조건을 만족하는 튜플들의 부분 집합 (수평 연산)
π Project (추출) 속성들의 부분 집합, 중복 제거 (수칙 연산)
▷◁ Join (조인) 두 개의 릴레이션을 하나로 합쳐 새로운 릴레이션 형성
÷ Division (나누기) A의 속성이 B의 속성 값을 모두 가진 튜플에서 B가 가진 속성을 제외한 나머지 속성들만 추출
  • 세타 조인: 두 릴레이션 속성 값을 비교 후 조건을 만족하는 튜플만 반환
  • 동등 조인: 조건이 정확하게 ‘=’ 등호로 일치하는 결과를 반환
  • 자연 조인: 동등 조인의 결과에서 중복된 속성을 제거한 결과를 반환

2) 일반 집합 연산

기호 종류 내용
∪ Union (합집합) 두 릴레이션의 합 추출 / 중복은 제거
∩ Intersection (교집합) 두 릴레이션의 중복되는 값만 추출
- Difference (차집합) A 릴레이션에서 B 릴레이션 간 중복되지 않는 값을 추출
× Cartesian Product (교차곱) 두 릴레이션의 가능한 모든 튜플의 집합
-> 속성/컬럼끼리 더하기 / 튜플끼리는 곱하기

3. 관계 해석

원하는 정보가 무엇이라는 것만 정의하는 비절차적 언어

종류 기호 표현 내용
논리 연산자 ∨ OR 원자식 간 “또는” 관계로 연결
논리 연산자 ∧ AND 원자식 간 “그리고” 관계로 연결
논리 연산자 ¬ NOT 원자식에 대한 부정
정량자 ∀ 전칭 정량자 모든 가능한 튜플 “For All”
정량자 ∃ 존재 정량자 어떤 튜플 하나라도 존재 “There Exists”

4. 트랜잭션

트랜잭션

데이터베이스 상태를 변환시키는 하나의 논리적 기능을 수행하기 위한 작업 단위

종류 내용
원자성 트랜잭션 연산이 정상적으로 수행되거나(Commit),
아니면 어떠한 연산도 수행되지 않아야 함(Rollback)
일관성 시스템의 고정 요소는 트랜잭션 수행 전/후로 동일
독립성 개별 트랜잭션은 다른 트랜잭션의 간섭 및 영향 받지 않아야함
영속성 완료된 트랜잭션 결과는 영구적으로 기록

COMMIT

트랜잭션 정상 종료 후 변경된 내용을 DB에 반영하는 명령어

ROLLBACK

트랜잭션 비정상 종료 후 모든 변경 작업을 취소하고 이전 상태로 원상복구

REDO

데이터베이스 비정상 종료 시 트랜잭션 시작과 완료에 대한 기록이 있는 트랜잭션들의 작업을 재작업 (이전 값을 이후 값으로 변경)

UNDO

데이터베이스 비정상 종료 시 시작은 있지만 완료 기록이 없는 트랜잭션들이 작업한 내용을 모두 취소 (이후 값을 이전 값으로 변경)

5. 데이터 회복 기법

즉시 갱신 기법

트랜잭션 실행 상태에서 변경되는 내용을 바로 데이터베이스에 적용 -> 변경되는 모든 내용을 로그에 기록하여 장애 시 해당 로그 토대로 복원 -> Redo / Undo 모두 수행

지연 갱신 기법

트랜잭션 수행 후 부분 완료될 때 까지는 데이터베이스에 바로 적용하지 않고, 지연시킨 후 부분 완료 시 로그의 내용을 토대로 저장 -> 트랜잭션이 실패할 경우 Undo 수행 없이 Redo만 진행

검사 시점 기법

트랜잭션 수행 중간에 검사시점(CheckPoint)을 지정하여 검사시점까지 부분 수행 후 완료된 내용을 중간중간 데이터베이스에 저장

그림자 페이징 기법

로그 미사용 / 데이터베이스를 동일 크기의 페이지로 분할 후 각 페이지마다 복사하여 그림자 페이지 보관 -> 변경 내용은 원본 페이지에만 적용하여 장애 발생 시 해당 페이지 사용/회복

6. 로킹 단위

로킹 단위 (Locking)

로킹의 대상이 되는 객체의 크기

로킹

데이터베이스 병행 제어를 위해 트랜잭션이 접근하고자 하는 데이터를 잠가(lock) 다른 트랜잭션이 접근하지 못하도록 하는 병행 제어 기법

  • 대상: 데이터베이스 / 파일 / 레코드

로킹단위가 떨어진다면

1. 로크의 수가 증가
	1. 로킹 오버헤드 증가
		1. 병행성(공유도) 증가

로킹단위가 올라간다면

1. 로크의 수가 감소
	1. 로킹 오버헤드 감소
		1. 병행성(공유도) 감소

병행 제어 기법 종류

로킹 기법

일관성과 무결성을 유지하기 위한 트랜잭셔느이 순차적 진행을 보장 (병행 수행 트랜잭션들 간 동일 데이터 접근 차단)

낙관적 검증

일단 트랜잭션을 수행하고, 트랜잭션 종료 시 검증을 수행

타임 스탬프 기법

타임 스탬프를 부여해 부여된 시간에 따라 트랜잭션 수행

다중버전 동시성 제어(MVCC)

타임 스태프를 비교해 직렬 가능성이 보장되는 적절한 버전을 선택해 접근하도록 함

7. 분산 데이터베이스

  • 논리적으로는 하나의 시스템에 존재하나, 물리적으로는 연결된 다수의 컴퓨터에 분산되어 있는 데이터 베이스

구성요소

분산처리기 / 분산 데이터 베이스 / 통신 네트워크

목표

  • 위치 투명성 (Location)
  • 중복 투명성 (Replication)
  • 병행 투명성 (Concurrency)
  • 분할 투명성 (Division)
  • 장애 투명성 (Failure) -> 사용자 입장에서 데이터베이스의 위치/중복/병행/분할/장애 여부 인식할 필요 X

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참고

LLMOps 란?

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LLMOps란 무엇인가요?