데이터베이스 1주차 스터디 정리

0. 면접 질문

• 파일시스템과 데이터베이스의 차이점에 대해서 설명해주세요.
• 데이터베이스의 특징에 대해 설명해주세요.
• DBMS는 뭘까요? 특징에 대해 설명해주세요.
• 스키마가 뭘까요? 3단계 데이터베이스 구조에 대해 설명해주세요.
• 데이터 독립성에 대해서 설명해주세요.
• RDBMS(관계형 데이터베이스 관리시스템)는 뭘까요?
• 릴레이션 스키마와 릴레이션 인스턴스에 대해서 설명해주세요.
• 릴레이션의 차수와 카디널리티에 대해 설명해주세요.
• 키(Key)에 대해서 설명해주세요. (슈퍼키, 후보키, 기본키, 대리키, 외래키)
• 무결성 제약조건에 대해서 설명해주세요. (도메인 무결성, 개체 무결성, 참조 무결성)
• 사용했던 데이터베이스에 대해서 설명해주세요. (오라클DB, MySQL, MariaDB, MongoDB 등)

 

1. 파일시스템과 데이터베이스의 차이점에 대해서 설명해주세요.

파일시스템과 데이터베이스는 데이터를 저장하고 관리하는 방법으로, 데이터 접근 방식과 기능에 차이가 있다.

과거에는 데이터를 관리하기 위해 파일 시스템이라는 소프트웨어 이용

파일의 CRUD 기능을 제공하며, 운영체제와 함께 설치된다.

DB의 등장 전에 파일시스템이 그 역할을 담당하였고, 파일 시스템의 문제로 인해 DB가 등장하게 된 것이다.

파일시스템의 문제점

• 같은 내용의 데이터가 여러 파일에 중복 저장된다.
  
  • 파일 시스템에서는 응용 프로그램별로 파일을 유지하여 같은 데이터가 여러 파일에 저장될 수 있다.
• 응용 프로그램이 데이터 파일에 종속적이다.
• 데이터 파일에 대한 동시 공유, 보안, 회복 기능이 부족하다.
• 응용 프로그램 개발이 어렵다.
  • 파일 시스템에서 파일에 접근하여 데이터 관리하는 모든 작업은 응용 프로그램이 담당하는데 이를 개발하기가 어렵다.

	파일시스템	DB
데이터 저장 방식	파일 단위	구조화된 테이블에 저장
중복 데이터	중복 막지 못함	정규화 -> 중복 최소화
응용 프로그램 독립성	응용 프로그램이 데이터 접근, 관리	응용 프로그램으로부터 독립적으로 사용 데이터비이스가 쿼리로 데이터에 직접 접근
동시 공유	제한적	트랜잭션 관리, Lock 사용
보안 및 회복	부족	보안 기능(암호화, 사용자 권환 관리) 데이터 회복 기능(백업, 트랜잭션 로그)
데이터 무결성	보장 못함	보장
개발의 복잡성	응용 프로그램에 의존하여 개발자가 직접 로직을 구현해야 한다.	API, 쿼리 통해 작업 수행 가능

 

2. 데이터베이스의 특징에 대해 설명해주세요.

데이터베이스의 정의는 데이터의 저장, 관리, 검색 및 조작을 위한 체계적이고 효율적인 방법을 제공하는 시스템

1. 독립성 유지
   • 데이터의 표현방법이 변하더라도 응용 프로그램에는 영향을 미치지 않는 성질
   • 논리적 독립성 & 물리적 독립성(아래 자세히 설명)
2. 무결성 유지
   • 데이터가 정해진 제약조건을 항상 만족하도록 하는 성질
   • 데이터 검증: 제약조건을 만족하지 않는 데이터는 입력 자체를 블로킹함
   • (아래 자세히 설명)
3. 일관성 유지
   • 데이터베이스에 저장된 데이터가 쿼리에 대한 응답이 일정하게 유지되는 성질
   • 트랜잭션 사용(다음 파트에서 자세히 설명-링크 추가 예정)
   • 간략한 설명
     

     • 트랜잭션이란?
     • 데이터베이스에서 수행되는 작업의 단위로, 일련의 작업이 모두 성공적으로 완료되거나 모두 실패하도록 보장
     • 트랜잭션은 ACID 속성(원자성, 일관성, 격리성, 지속성)을 만족
     • 원자성: 트랜잭션의 모든 작업이 완료되거나 전혀 실행되지 않아야 함을 보장
     • 일관성: 트랜잭션이 완료된 후 데이터베이스가 일관된 상태를 유지해야 함을 보장
     • 격리성: 동시에 실행되는 트랜잭션들이 서로 영향을 미치지 않아야 함을 보장
     • 지속성: 트랜잭션이 완료된 후 데이터의 변경 사항이 영구적으로 저장되어야 함을 보장합니다.
4. 보안성 보장
   • 접근 권한 있는 사용자만이 데이터베이스를 이용가능하며, 데이터의 보호를 보장하는 성질
5. 중복성 최소화
   • 데이터의 중복 저장을 줄여 일관성을 유지하는 성질
   • 정규화(다음 파트에서 자세히 설명-링크 추가 예정)

 

3. DBMS는 뭘까요? 특징에 대해 설명해주세요.

• DBMS: 데이터베이스 관리 시스템
• 개념: 파일 시스템의 데이터 중복과 데이터 종속 문제를 해결하기 위해 제시된 소프트웨어
• 주요기능
  • 정의 기능: 데이터를 저장하기 적합한 데이터베이스 구조를 정의
  • 조작 기능: DB에 저장된 데이터에 접근하여 사용할 수 있는 기능 제공
  • 제어 기능: 데이터를 여러 사용자가 공유해도 정확하고 안전하게 유지하는 기능 제공
• 장점
  • 데이터 중복 통제 가능
  • 데이터 독립성 확보
  • 데이터 동시 공유 가능
  • 데이터 보안 향상
  • 데이터 무결성 유지
  • 표준화
  • 장애 발생 시 회복 가능
  • 응용 프로그램 개발 비용 감소
• 단점
  • 관리 시스템을 따로 설치해야 하기에 비용이 많이 든다.
  • 중앙 집중 관리로 인한 취약점 존재
    • DB나 DBMS에 장애가 발생하면 전체 업무 처리가 중단된다.

 

4. 스키마가 뭘까요? 3단계 데이터베이스 구조에 대해 설명해주세요.

데이터 독립성 개념도

데이터베이스의 3단계 구조

• 데이터 독립성 모델은 3단계로 구성되며, 서로 간섭하지 않는 모델이다. 데이터베이스를 3단계로 나누어 단계별로 다른 추상화를 제공하여 데이터베이스 효과적인 관리가 가능해진다.
• 외부 단계: 집주인 관점 / 개념 단계: 관리인 관점 / 내부 단계: 건설 업체 관점 
• External Level(개별 사용자 관점): 사용자와 가까운 단계로, 사용자가 보는 자료에 대한 관점 부분
  • 학생, 교수에 대한 별도 뷰를 제공하여, 학생은 학생 관련 정보만, 교수는 교수 관련 정보만 볼 수 있도록 한 것
• Conceptual Level(조직 전체 관점): 데이터의 전체적인 논리구조 정의 단계, DB에 저장된 데이터의 통합 뷰 제공 
  • 학생, 교수, 수업의 데이터 엔티티와 이들 간 관계를 정의하는 데이터 모델
• Internal Level(물리적인 저장장치 관점): 데이터가 물리적 저장,접근 구조 정의 단계
  • 데이터가 디스크에 어떻게 저장 되는지, 어떤 인덱스를 사용하는지 등이 포함된다.

 

데이터 독립성 요소

• External View: 외부 단계에서 사용자에게 필요한 데이터베이스를 정의한 것, 각 사용자가 생각하는 데이터베이스의 모습을 표현한 논리적인 구조이기에 사용자마다 다르다.
• Conceptual Schema: 조직 전체의 관점에서 생각하는 데이터베이스, 전체 데이터베이스에 어떤 데이터가 저장되는지, 데이터들간의 관계와 제약조건에 대한 정의, 데이터의 보안정책, 접근 권한을 관리한다.
• Internal Schema: 파일에 데이터를 저장하는 레코드 구조, 필드 크기, 인덱스 사용 방법들을 정의한다.

스키마란?

• 데이터베이스의 구조를 정의하는 청사진으로, 그 안에 데이터가 어떻게 구성되고 연결되는지를 설명해준다.

매핑

• 각각의 스키마는 데이터베이스를 바라보는 관점이 다를 뿐 같은 데이터베이스를 표현한다.
• 정의: 스키마 사이의 대응 관계
• 목적: 데이터 독립성을 위해

개념적/내부적 매핑(물리적 데이터 독립성)

• 개념적 수준의 레코드와 필드와 내부 수준의 파일과 데이터 구조간의 대응 관계를 정의

외부/개념적 매핑(논리적 데이터 독립성)

• 외부 관점과 개념적 관점 사이의 대응 관계를 정의

 

5. 데이터 독립성에 대해서 설명해주세요.

• 정의: 하위 스키마를 변경하더라도 상위 스키마가 영향을 받지 않는 특성
• 논리적 독립성
  • 개념 스키마가 변경되어도 외부 스키마에는 영향을 미치지 않도록 하는 것
  • 전체 데이터베이스의 논리 구조가 변경되어도 외부/개념 매핑만 수정하면 직접 관련 없는 외부 스키마는 변경할 필요 없다.
  • 예시
    • 개념 스키마에서 연락처 데이터 이름->전화번호로 변경
    • 외부 스키마에 있는 연락처가 개념 스키마의 전화번호와 대응 된다고 매핑만 수정하면 된다.
• 물리적 독립성
  • 내부 스키마가 변경되어도 외부/개념 스키마에는 영향을 미치지 않도록 하는 것
  • 데이터베이스의 저장구조가 변경되어도 관련된 개념/내부 매핑만 수정하면 직접 관련 없는 논리적 구조는 영향 받지 않는다.
  • 예시
    •  내부 스키마에서 주소, 연락처 필드가 저장되어있을 때 이들의 순서가 변경
    • 매핑만 수정하면 된다.

 

6. RDBMS(관계형 데이터베이스 관리시스템)는 뭘까요?

정의

• RDB를 CURD하고 관리하는 소프트웨어
• DBMS의 일종이다.

종류

• Oracle(상용), MySQL, PostgreSQL(이하 오픈소스) 등

특징

• 데이터는 행(레코드)과 열(속성)로 구성된 테이블 형태로 저장
• SQL을 사용하여 데이터에 대한 쿼리, 삽입, 업데이트, 삭제 등을 수행
  
• 전반적인 DBMS의 특징과 비슷하다.

 

7. 릴레이션 스키마와 릴레이션 인스턴스에 대해서 설명해주세요.

릴레이션 스키마=내포=intension

• 정의: 릴레이션 이름과 모든 속성의 이름으로 정의하는 릴레이션의 논리적 구조
• 릴레이션이름(속성이름1, 속성이름2, ... ,속성이름n)
• 즉, 릴레이션 스키마를 보면 전체 구조를 쉽게 파악할 수 있다.
• 정적이다.

릴레이션 인스턴스=외연=extension

• 정의: 어느 한 시점에 릴레이션에 존재하는 튜플의 집합
• 튜플은 릴레이션 스키마에서 정의하는 각 속성에 대응하는 실제 값으로 구성된다.
• 동적이다.

 

데이터베이스 스키마 & 데이터베이스 인스턴스

• 데이터베이스 = 릴레이션들의 집합
• 예시
  • 쇼핑몰 DB = 고객 릴레이션 & 상품 릴레이션 & 주문 릴레이션
• 데이터베이스 스키마
  • 정의: 데이터베이스 전체 구조
  • 릴레이션 스키마의 집합
• 데이터베이스 인스턴스
  • 정의: 모든 릴레이션의 인스턴스의 집합

 

8. 릴레이션의 차수와 카디널리티에 대해 설명해주세요.

 

정확하게는 릴레이션과 테이블이 같은것이 아니지만, 설명의 편의를 위해 혼용해서 사용하겠다.

차수(Degree)

• 정의: 테이블의 속성의 수를 나타낸다. 하나의 테이블에 포함된 열의 갯수
• 즉, 속성이 많을수록 테이블의 Degree가 높아진다.
• 예시: 각 열이 학번, 이름, 이메일, 전화번호라고 할때 이 테이블의 차수는 4가된다.

카디널리티(Cardinality)

• 정의: 튜플 즉, 행의 수를 나타낸다.
• 예시: 학번:2021123456, 이름:정성주, 이메일:abc@naver.com, 전화번호:010-1234-5678이라 할때, 카디널리티는 3이된다. 

정리하면 차수는 테이블의 속성의 수로 테이블의 구조적 복잡성을 표현하고, 카디널리티는 테이블의 튜플 수로 테이블의 데이터 양을 표현한다.

 

9. 키(Key)에 대해서 설명해주세요. (슈퍼키, 후보키, 기본키, 대리키, 외래키)

키

• 단어 그대로 식별자이다. 테이블 내에서 각 레코드를 유일하게 식별하거나 특정한 데이터의 무결성을 유지하는데 사용한다.

슈퍼키

• 모든 행을 유일하게 식별할 수 있는 하나의 속성집합이다. 슈퍼키는 유일성을 만족 / 최소성은 만족하지 않아도 된다.

후보키

• 슈퍼키에서 최소성을 만족하는 집합. 

슈퍼키와 후보키를 예시를 통해 비교해 보면

테이블: 학생
속성: 학번, 이름, 이메일, 전화번호

• 슈퍼키: (학번, 이름), (학번, 이메일), (학번,전화번호) 등
• 이 조합은 모두 슈퍼키가 될 수 있다. 테이블 내 레코드를 유일하게 식별할 수 있기 때문이다.
• 후보키: 학번, 이메일
• 학번만 가지고도 학생을 유일하게 식별하고, 이메일만 가지고도 유일하게 식별하기에 이 둘을 후보키라고 할 수 있다.

 

기본키

• 후보키 중에 선정한 키로, 각 테이블에서 기본키는 오직 1개만 지정할 수 있다.
• 기본키는 NULL값을 허용하지 않고, 유일한 값을 가진다. 이는 엔티티 무결성을 보장한다.

대리키

• 기본키가 아닌 후보키

각각을 비교하는 그림

외래키

• 다른 테이블의 기본키를 참조하는 속성의 집합
• 테이블 간의 관계를 정의하고, 외래키는 참조된 테이블의 기본키와 일치하는 값을 가져야 한다.
• 외래키는 참조 무결성을 보장한다.

 

10. 무결성 제약조건에 대해서 설명해주세요. (도메인 무결성, 개체 무결성, 참조 무결성)

위에서 잠깐 설명했던 무결성 제약조건에 대해서 자세하게 설명하겠다.

무결성 제약조건

• 정의: 데이터가 결함이 없는 상태로 일관되게 유지하는 무결성을 보장하기 위한 규칙
• 종류: 개체 무결성, 참조 무결성, 도메인 무결성 등

보안과의 차이

• 보안: 권한 없는 사용자로부터 데이터를 보호
• 무결성: 권한 있는 사용자의 잘못된 요구에 의한 데이터를 보호

 

개체 무결성 제약조건

• 기본키를 구성하는 모든 속성은 널 값을 가질 수 없다.
• 기본키를 구성하는 속성 전체나 일부가 널이 되면 튜플의 유일성을 판단할 수 없기 때문이다.
• 이를 만족시키기 위해 새로운 튜플이 삽입되는 연산과 기존 튜플의 기본키 속성 값이 변경되는 연산이 발생할 때 기본키에 널 값이 포함되는 상황에서는 연산의 수행을 거부한다.

 

참조 무결성 제약조건

• 외래키는 참조할 수 없는 값을 가질 수 없다.
• 외래키가 자신이 참조하는 릴레이션의 기본키와 상관이 없는 값을 가지게 되면 두 릴레이션을 연관시킬 수 없으므로 외래키의 의미가 없어진다.
• 외래키는 널 값을 가질 수 있다.

추가!! 외래키가 널 값을 가질 수 있는 이유

 

특정 상황에서 외래 키가 참조하는 값을 가지지 않는 경우를 표현하기 위함이다.

A에서 B의 ID를 참조한다고 할 때, B의 ID가 아직 정해지지 않을 경우를 표현해야 한다.

아직 ID가 없음을 표현하기 위해서 널 값을 외래키가 가질 수 있어야한다.

 

도메인 무결성 제약조건

• 각 속성의 값은 정의한 도메인에 속한 값이어야 한다.
• 예시
  • 나이를 양수로 지정했다면 -> 음수나, 0이 들어갈 수 없다.

 

키 제약조건

• 키 속성에 중복된 값이 정의되면 안된다.

 

11. 사용했던 데이터베이스에 대해서 설명해주세요. (오라클DB, MySQL, MariaDB, MongoDB 등)

(MySQL을 사용했다면) MySQL 엔진에 대해서 설명해주세요.

MySQL 구조

MySQL의 주요 구조

1. 클라이언트
   
   • 정의: 서버에 쿼리를 전송하고 결과를 받는 주체
2. 서버
   • 정의: 클라이언트의 요청을 처리하고 데이터베이스를 관리하는 주체
3. 쿼리 처리 단계
   • 쿼리파서
     • 역할: SQL 쿼리를 파싱하여 쿼리의 문법을 검사하고, 쿼리를 내부적인 트리 구조로 변환
   • 전처리기
     • 역할: 파서가 만든 트리를 기반으로 쿼리의 유효성 검증, 접근 권한 확인
   • 옵티마이저
     • 역할: 파스트리를 실행 계획으로 바꾼다.
     • 쿼리 재작성, 인덱스 선택, 비용 기반 및 규칙 기반 최적화를 통해 성능을 향상
   • 실행 엔진
     • 역할: 최적화된 실행 계획을 기반으로 쿼리를 실행하고, 스토리지 엔진에 데이터를 요청
4. 스토리지 엔진
   • 정의: 데이터 저장 및 관리의 실제 구현을 담당하는 컴포넌트
   • 역할: 디스크에서 데이터를 읽고 쓰며, 인덱스 관리, 트랜잭션 처리 등을 수행
   • 실행엔진의 요청을 처리하기 위한 디스크로부터 데이터를 읽고 쓰며, 여러 개를 동시에 사용 가능하다.
   • 예: InnoDB를 주로 쓰며, 여러 스토리지 엔진 존재
5. 디스크 및 파일 시스템
   
   • 역할: 실제 데이터베이스 파일이 저장되는 물리적 저장 장치
6. 메타데이터
   • 역할: 데이터베이스의 구조와 상태에 대한 정보를 저장
7. 캐시
   • 역할: 자주 사용하는 데이터를 메모리에 저장하여, 디스크 I/O를 줄이고 성능을 향상

1.  

 

(MongoDB을 사용했다면) MongoDB에 대해 설명해주세요.

MongoDB는 NoSQL(Not only SQL)의 일종이다. NoSQL이란?

• RDBMS의 한계를 극복하기 위해 만들어진 새로운 형태의 데이터저장소
• RDBMS처럼 고정된 스키마가 존재하지 않음

왜 NoSQL을 사용할까?

• 데이터에 대한 접근에서 read, write가 있는데, read의 빈도가 많을 경우 RDMBS의 성능이 좋은 편이다. 하지만 write의 빈도가 많아질경우 RDMBS의 성능이 떯어지게 되고, 이로 인해 NoSQL과 redis등을 고려하게 된다.

NoSQL의 종류

각 DB마다 기반으로하는 데이터 모델이 다르고 이를 간략히 정리하면 아래와 같다.

• Document Store: MongoDB
• Key/Value Store: redis
• Wide Column Store: cassandra
• Graph Store: allegrograph

MongoDB란?

• MongoDB는 document 기반의 NoSQL DB
  
  • BSON(Binary JSON) 기반의 Document 로 데이터 관리
  • JSON 보다 대용량 데이터를 처리할 때 유용하며, BSON의 이진 형식은 데이터를 빠르게 처리할 수 있다.
  • 샤딩을 통해 대규모 데이터를 여러 서버에 분산하게 되어 수평 확장성이 높고, 그에 따라 대용량 데이터 처리에 적합하다.

RDBMS와의 비교

RDBMS	MongoDB
Database	Database
Table	Collection
Tuple, Row, Record	Documment
Column	Key, Value
Primary Key	id

 

출처

https://www.youtube.com/watch?v=8PRkLItDwXQ

https://cloud.google.com/learn/what-is-a-relational-database?hl=ko

https://www.javatpoint.com/dbms-three-schema-architecture

https://wikidocs.net/1210

https://velog.io/@cchloe2311/디비-키

https://velog.io/@cwg5656/DB-테이블Table-용어-정리

https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000001743852

 

면접 피드백

좋은 점

• 이미 잘 알고있는 개념 같다.
• 꼬리질문에 대해서 아는지에 대한 판단을 빠르게 한 후 과감하게 모르겠다고 한 부분 -> 상황 대처 능력
• 두괄식 설명과 예시 설명 및 특징을 매끄럽게 이어가는게 좋았다.
  • 특징의 이유와 어떤 방식으로 적용하는지에 대한 구체적 설명 좋다.
  • 개념설명과 예시의 양이 밸런스 있다.

부족한점

• 표정을 풀고 웃어보자
• 꼬리질문에 대해서 바로 모른다는 답변보다 계속 질문을 이어가며 소통하는 방식을 취해보자

멘토님 코멘트

• 얼마나 자세히 답변하는게 좋을까?라는 질문
• -> 질문에 대해서는 간단하게 핵심만 말하자, 더 궁금한게 있으면 꼬리 질문 하겠지!