[DB] 관계 데이터 모델, 참조 무결성 제약조건

1. 데이터 모델링과 데이터 모델의 개념 이해

2. 관계 데이터 모델 개념과 용어

3. 릴레이션의 특징

4. 릴레이션의 키와 무결성 제약조건의 이해

 

1. 데이터 모델링과 데이터 모델의 개념 이해

 

1-1. 데이터 모델링 정의

현실 세계에 존재하는 데이터를 컴퓨터 세계의 데이터베이스로 옮기는 변환 과정

데이터베이스 설계의 핵심 과정

 

1-2. 2단계 데이터 모델링

1-2-1. 개념적 데이터 모델링

현실 세계의 중요 데이터를 추출하여 개념 세계로 옮기는 작업

 

1-2-2. 논리적 데이터 모델링

개념 세계의 데이터를 데이터베이스의 구조로 표현하는 작업

 

1-3. 데이터 모델 정의

데이터 모델링의 결과물을 표현하는 도구

 

• 개념적 데이터 모델
  • 사람이 이해할 수 있도록 현실 세계를 모델링하여 개념적 구조로 표현하는 도구
  • 개체-관계(Entity-Relationship) 모델
• 논리적 데이터 모델
  • 개념적 구조를 논리적 모델링하여 데이터베이스의 논리적 구조로 표현하는 도구
  • 관계 데이터 모델(relational data model)

 

1-4. 데이터 모델 구조

데이터 구조

• 저장할 데이터 타입과 관계
• 정적 특징

연산

• 표현된 값들을 처리하는 작업
• 동적 특징

제약조건

• 구조적 특면의 제약 사항
• 데이터 무결성 유지 목적

 

2. 관계 데이터 모델 개념과 용어

 

2-1. 기본 용어

 

2-1-1. 릴레이션

• 하나의 개체에 관한 데이터를 2차원 테이블의 구조로 저장한 것
• 파일 관리 시스템 관점에서 파일(file)에 대응

2-1-2. 투플(tuple)

• 릴레이션의 행
• 파일 시스템 관점에서는 레코드(record)에 대응

2-1-3. 애트리뷰트(attribute)

• 릴레이션의 행
• 파일 시스템 관점에서는 필드(field)에 대응

 

2-1-4. 도메인(domain)

 

개념 : 한 애트리뷰트가 가질 수 있는 모든 값들의 집합

각 애트리뷰트의 도메인의 값들은 원자값

 

도메인을 명시하는 이유

1) 릴레이션들의 합집합, 교집합, 차집합 등을 제한하기 위해서

 

서로 다른 릴레이션 EMPNO와 DNO는 서로 다른 도메인을 가지므로 이 애트리뷰트들에 대해 합집합, 교집합, 차집합 등을 수행하는 것은 무의미합니다.

 

2) 의미 있는 연산들만 허용하기 위해서

 

서로 다른 릴레이션 EMPNO와 DNO는 서로 다른 도메인을 가지므로 EMPNO = DNO는 의미가 없습니다.

 

2-1-5. 차수(degree)와 카디날리티(cardinality)

 

차수 : 한 릴레이션에 들어있는 애트리뷰트들의 수(열의 수)

• 유효한 릴레이션의 최소 차수는 1
• 릴레이션의 차수는 자주 바뀌지 않음

카디날리티 : 릴레이션의 튜플 수(행의 수)

• 유효한 릴레이션은 카디날리티 0을 가질 수 있음
• 릴레이션의 카디날리티는 시간이 지남에 따라 계속해서 변함

관계 데이터 모델의 용어들

릴레이션 용어	일반적인 용어	파일 시스템 용어
릴레이션	테이블	파일
스키마	내포	헤더
인스턴스	외연	데이터
튜플	행	레코드
속성	열	필드

 

2-1-6. 널값(null value)

 

알려지지 않음(unknown) 또는 적용되지 않음(not applicable)을 나타냅니다.

• 사원 릴레이션의 새로운 사원에 관한 튜플을 입력시에 신입사원의 DNO(부서번호)가 결정되지 않으면 부서번호 애트리뷰트는 null값이 된다.

널값은 숫자 도메인의 0이나 문자열 도메인의 공백 문자 또는 공백 문자열과 다름

 

2-1-7. 릴레이션 스키마(relation schema)

 

릴레이션의 이름과 릴레이션의 애트리뷰트들의 집합

내포(intension)라고 함

 

2-1-8. 릴레이션 인스턴스(relation instance)

릴레이션에 어느 시점에 들어 있는 튜플들의 집합

외연(extension)이라고 함

 

 

 

3. 릴레이션의 특징

 

3-1. 속성의 원자성

 

한 튜플의 각 애트리뷰트는 원자값을 가지며 정의한 도메인 값만 가질 수 있습니다.

그래서 애트리뷰트에 정수가 들어가면 다음 애트리뷰트도 정수값만 들어갈 수 있습니다.

 

3-2. 속성의 무순서

 

애트리뷰트들의 순서는 무의미합니다.

부서이름 애트리뷰트와 부서의 층 애트리뷰트의 순서는 바뀌어도 상관없습니다.

 

3-3. 튜플의 유일성

 

• 동일한 튜플이 두 개 이상 존재하지 않음
• 각 튜플을 고유하게 식별할 수 있는 적어도 한 개 이상의 애트리뷰트의 집합이 존재

 

3-4. 튜플의 무순서

 

• 튜플의 순서는 무의미함

 

4. 릴레이션의 키와 무결성 제약조건의 이해

 

4-1. 릴레이션의 키

각 튜플을 유일하게 식별할 수 있는 하나 이상의 애트리뷰트들의 집합

 

4-2. 키의 특성

 

유일성 : 하나의 키 값으로 각 튜플을 유일하게 식별할 수 있는 특성

최소성 : 각 튜플을 유일하게 식별하는 키는 꼭 필요한 애트리뷰트로만 구성되어야 함

 

예) 학생 릴레이션에서 "학번 + 이름 + 주소"가 있으면 이름과 주소는 같이 있어도 구분은 가지만 최소성을 위해 없는것이 좋습니다.

 

4-3. 수퍼 키

 

한 릴레이션 내의 특정 튜플을 고유하게 식별하는 하나의 애트리뷰트 또는 애트리뷰트들의 집합

예) 신용카드 회사의 고객 릴레이션에서 (신용카드번호, 주소) 또는 (주민등록번호, 이름)

 

튜플들을 고유하게 식별하는데 꼭 필요하지 않은 애트리뷰트들을 포함할 수 있습니다.

 

슈퍼키는 유일성만 만족하고 최소성은 만족하지 않습니다.

 

4-4. 후보 키

 

각 튜플을 고유하게 식별하는 최소한의 애트리뷰트들의 모임(유일성과 최소성 만족)

예) (신용카드번호, 주소)는 신용카드 회사의 고객 릴레이션의 후보 키가 아니지만 (신용카드번호)는 후보 키

 

모든 릴레이션에는 최소한 한 개 이상의 후보 키가 있습니다.

 

4-5. 복합 키(composite key)

 

두 개 이상의 애트리뷰트로 이루지는 후보 키

예) 수강 릴레이션의 (학번, 과목번호, 학점)에서 학번, 과목번호를 합쳐야 최소성을 보장할 수 있습니다. -> 복합키

 

4-6. 기본 키(primary key)

 

한 릴레이션에서 후보 키가 두 개 이상 있으면 데이터베이스 관리자가 이들 중에서 하나를 기본 키로 선정함(유일성과 최소성 만족)

예) 신용카드 회사의 고객 릴레이션에서 신용카드번호와 주민등록번호가 후보 키가 될 수 있음. 이 중에서 신용카드 번호를 기본 키로 선정

 

4-7. 대리 키(surrogate key)

 

자연스러운 기본 키를 찾을 수 없는 경우 레코드 번호와 같이 종종 인위적인 키 애트리뷰트를 릴레이션에 추가한 것

 

4-8. 기본 키 선정 시 고려할 사항들

• 애트리뷰트가 항상 고유한 값을 가지는가?
• 애트리뷰트가 확실하게 널 값을 갖지 않는가?
• 애트리뷰트의 값이 변경될 가능성이 높지 않은가?
• 가능하면 작은 정수 값이나 짧은 문자열을 갖는가?
• 가능하면 복합 기본 키를 피하는가?

 

4-9. 대체 키(alternate key)

 

기본 키가 아닌 후보 키

 

4-10. 외래 키

 

• 어떤 릴레이션의 기본 키를 참조하는 애트리뷰트
• 관계 데이터베이스에서 릴레이션들 간의 관계를 나타내기 위해서 사용
• 외래 키 애트리뷰트는 참조되는 릴레이션의 기본 키와 동일한 도메인을 가져야 함

 

4-11. 데이터 무결성(data integrity)

 

데이터의 정확성 또는 유효성을 의미

 

무결성 : 인가된 사용자만 접근 또는 변경을 허용

 

무결성 제약조건 종류

1) 도메인 제약조건(domain constraint)

• 각 애트리뷰트 값이 반드시 원자값이어야 함
• 릴레이션 내의 튜플들이 각 속성의 도메인에 지정된 값 만을 가져야 한다는 조건

 

2) 언터티 무결성 제약조건(entity integrity constraint)

• 릴레이션의 기본 키를 구성하는 어떤 애트리뷰트도 널값을 가질 수 없음

3) 참조 무결성 제약조건(referential integrity constraint)

• 릴레이션 간의 참조 관계를 선언하는 제약조건
• 릴레이션 간의 관계들을 다른 릴레이션의 기본 키를 참조하는 것으로 표현(외래키)
  • 학생 릴레이션과 수강 릴레이션, 과목 릴레이션과 수강 릴레이션은 기본 키와 외래 키 관계
  • 수강 릴레이션의 외래키는 과목 릴레이션의 기본키와 도메인이 동일해야 하며, 수강 릴레이션의 값이 변경될 때 과목 릴레이션의 제약을 받는다는 것

 

4-12. 참조 무결성 제약조건

- 릴레이션 R2의 외래 키가 릴레이션 R!의 기본 키를 참조할 때 참조 무결성 제약조건은 아래의 두 조건 중 하나가 성립되면 만족됩니다.

 

1. 외래 키의 값은 R1의 어떤 투플의 기본 키 값과 같은
2. 외래 키가 자신을 포함하고 있는 릴레이션의 기본 키를 구성하고 있지 않으면 널 값을 가짐

 

R1은 참조된 릴레이션, R2는 참조하는 릴레이션이 됩니다.

 

4-12-1. 삽입

참조되는 렐리이션(부모)에 새 튜플이 삽입되면 참조 무결성 제약조건은 위배되지 않습니다.

 

하지만 참조하는 릴레이션에 새로 삽입되는 튜플의 기본 키 애트리뷰트의 값에 따라서는 도메인 제약조건, 엔티티 무결성 제약조건을 위배할 수 있습니다.

 

 

 

4-12-2. 삭제

참조하는 릴레이션에서 튜플이 삭제되면 도메인 제약조건, 엔티티 무결성 제약조건, 참조 무결성 제약조건 등 모든 제약조건을 위배하지 않습니다.

 

하지만, 참조되는 릴레이션에서 튜플이 삭제되면 참조 무결성 제약조건을 위배하는 경우가 생길 수 있습니다.

 

4-12-3. 참조 무결성 제약조건을 만족시키기 위해서 DBMS가 제공하는 옵션

• 제한(restricted)
  • 위반을 야기한 연산을 단순히 거절
• 연쇄(cascade)
  • 참조되는 릴레이션에서 튜플을 삭제하고, 참조하는 릴레이션에서 이 튜플을 참조하는 튜플들도 함께 삭제

DEPARTMENT 릴레이션에서 (3, 개발, 9)를 삭제하면 EMPLOYEE 릴레이션에서 부서번호 3을 참조하는 두 번째 튜플과 다섯 번째 튜플도 함께 삭제가 됩니다.

 

• 널값(nullify)
  • 참조되는 릴레이션에서 튜플을 삭제하고, 참조하는 릴레이션에서 이 튜플을 참조하는 튜플들의 외래 키에 널값을 삽입합니다.
  • 예) DEPARTMENT 릴레이션에서 (3, 개발, 9)를 삭제하면 EMPLOYEE 릴레이션에서 부서번호 3을 참조하는 튜플들에는 널값을 삽입합니다.
• 디폴트값(default)
  • 널값을 넣는 대신에 디폴트값을 넣는다는 것을 제외하고는 바로 위의 널값 옵셥과 비슷합니다.