관계 데이터 모델과 관계 데이터베이스 제약 조건

(1)

데이터베이스 (Databases)

관계 데이터 모델과

관계 데이터베이스 제약 조건

문양세

강원대학교 IT 대학 컴퓨터공학과

(2)

Database by Yang-Sae Moon Page 2

강의 내용

. 관계 모델의 개념

관계 모델 제약조건과 관계형 데이터베이스 스키마 갱신 연산과 제약 조건의 위반 처리

관계 데이터 모델

(3)

관계 데이터 모델 & 관계 데이터베이스

1970 년 IBM 연구소의

Ted Codd

가 처음 소개 대표적 관계 DMBS

IBM 의 DB2

Informix 의 Dynamic Server

Oracle 의 Oracle, Rdb

Microsoft 의 SQL Server, Access

Legacy 시스템

새롭게 구축되는 시스템과 구별하여 이전부터 사용되어 온 시스템을 지칭하는 용어

(4)

관계 모델의 개념 (1/3)

테이블  릴레이션 행  투플

열  애트리뷰트

(5)

관계 모델의 개념 (2/3)

관계모델 용어

행 → 투플

열 → 애트리뷰트

테이블 → 릴레이션

관계모델의 구성

관계모델에서 데이터베이스는 릴레이션 ( 테이블 ) 들의 모임으로 표현됨

릴레이션은 투플 ( 행 , 레코드 ) 들의 집합으로 표현됨

투플은 애트리뷰트 ( 컬럼 , 필드 , 혹은 속성 ) 들로 구성됨

ER 모델과의 비교 ( 일반적으로 ER 모델링 이후에 관계 모델로 변환 )

테이블 : 엔티티 타입 ( 혹은 다치 애트리뷰트 또는 관계 타입 )

행 : 엔티티 혹은 관계에 해당하는 사실 ( 인스턴스 ) 을 표현함

(6)

관계 모델의 개념 (3/3)

(7)

관계 모델의 용어 (1/3)

도메인 (domain)

( 애트리뷰트가 가질 수 있는 ) 원자값 (atomic value) 들의 집합

도메인의 예

 USA_phone_numbers: 미국에서 사용하는 10 자리 전화번호들의 집합

 Names: 개인의 이름들의 집합

 Employee_ages: 15~80 사이의 사원들의 나이

각 도메인을 위해 데이터 타입 또는 포맷을 명시하기도 함

( 예 : USA_phone_numbers 도메인을 위한 데이터 타입은 (ddd)ddd-dddd 로 명시 )

데이터 타입

도메인은 실제 데이터 타입으로 명시함

데이터 타입의 예 : string, integer, real

포맷이나 범위를 명시하는 예 :

 USA_phone_numbers: (ddd) ddd-dddd, 여기서 d 는 한 자리 숫자

 Employee_ages: 15 와 80 사이의 정수

(8)

관계 모델의 용어 (2/3)

릴레이션 스키마 (relation schema)

릴레이션 이름 R 과 애트리뷰트 A_i 들의 집합으로 R(A₁, A₂, ..., A_n) 로 표기함

릴레이션의 차수 (degree): 릴레이션의 애트리뷰트 갯수

예 : STUDENT(Name, SSN, BirthDate, Address) 릴레이션의 차수 = 4

도메인의 표현 : dom(A_i) = integer, dom(Name) = Names

릴레이션 스키마 R(A₁, A₂, ..., A_n) 의 투플 t

 n-

투플

(n 개의 애트리뷰트로 구성된 투플 ) 이라 부름

n- 투플 t: 값들의 ( 순서화된 ) 집합 t = <v₁, v₂, ..., v_n>, 값 v_i 는 dom(A_i) 의 한 원 소임

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관계 모델의 용어 (3/3)

릴레이션 스키마 R 에 대한 릴레이션 혹은 릴레이션 인스턴스 (relation instance) r 또는 r(R)

투플의 집합 : r = r(R) = {t₁, t₂, ..., t_m}

r(R) 은 R 을 정의하는 m 개의 도메인들에 대한 카티션 프로덕트의 부분집합

 r(R) ⊆ dom(A₁)×dom(A₂) × ... × dom(A_n)

r(R) 은 실세계의 특정 상태를 반영

(10)

실제 예를 통한 관계 모델의 용어

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릴레이션의 특성들 (1/4)

릴레이션에서 투플의 순서

릴레이션은 투플들의 집합으로 정의됨

집합에서 원소의 순서가 무의미한 것과 마찬가지로 투플의 순서 역시 의미가 없음

Basic Property of Sets (from Discrete Mathematics)

Sets are inherently unordered: (

순서가 중요치 않다 !)

 No matter what objects a, b, and c denote,

{a, b, c} = {a, c, b} = {b, a, c} = {b, c, a} = {c, a, b} = {c, b, a}.

All elements are distinct (unequal); multiple listings make no difference!

( 중복은 의미가 없다 !)

 If a=b, then {a, b, c} = {a, c} = {b, c} = {a, a, b, a, b, c, c, c, c}.

 This set contains at most two elements!

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릴레이션의 특성들 (2/4)

투플의 순서 상이 → 동일한 릴레이션

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릴레이션의 특성들 (3/4)

투플 내에서 값들의 순서와 릴레이션의 또 다른 정의

n- 투플은 n 개 값의 순서 리스트 (ordered list) 이며 , 한 투플 내에서 값들의 순서는 중 요함

( 리스트에서 원소의 순서는 중요한 의미를 가짐 ) → 앞으로 이 정의를 이용

반면에 , 각 애트리뷰트와 값이 서로 대응될 수 있다면 애트리뷰트 값들의 순서는 중요하 지 않을 수 있음

 하나의 투플을 (< 애트리뷰트 >, < 값 >) 쌍들의 집합으로 간주하면 애트리뷰트와 값 은 서로 대응될 수 있으며 , 값의 순서는 중요하지 않음 → 보다 일반적인 투플의 정의

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릴레이션의 특성들 (4/4)

투플 내에서의 값들과 널

투플 내의 각 값은 더 이상 나눌 수 없는 원자값 (atomic value) 들임

ER 모델에서의 다치 애트리뷰트나 복합 애트리뷰트는 관계모델에서는 허용되지 않음

 다치 애트리뷰트나 복합 애트리뷰트는 별도의 릴레이션으로 표현되어야 함

값을 알 수 없거나 해당되는 값이 없을 때에는 null 이라는 특수 값을 사용함

릴레이션의 해석 ( 의미 )

릴레이션 스키마는 일종의 선언 (declaration) 또는 주장 (assertion) 으로 해석할 수 있 음 :

STUDENT 스키마는 일반적으로 학생 개체가 Name, SSN, Home-Phone, Address, ... 을 갖는다고 선언

릴레이션내 각 투플은 선언 / 주장에 대한 사실 또는 인스턴스로 해석할

수 있음 : 다음 투플은 이름이 “ Benjamin Bayer”, SSN 이 “ 305-61-2435”

등등의 사실을 나타냄

(15)

관계 모델의 표기법 (1/2)

차수가 n 인 릴레이션 스키마 R 은

R(A₁, A₂, ..., A_n)

으로 표기

릴레이션 r(R) 의 n- 투플 t

는

t = <v₁, v₂, ..., v_n>

으로 표기 , 여기서 v

_i

는 애트리뷰트 A

_i

의 값

t[A_i] 와 t.A_i 는 t 에서 애트리뷰트 A_i의 값 v_i를 나타냄 , 투플 t 의 구성 요소 값 (component value) 을 t[A_i] = v_i ( 투플 t 에 대한 애트리뷰트 A_i의 값 ) 로 표기

t[A_u, A_v, ..., A_w] 는 애트리뷰트 A_u, A_v, ..., A_w 의 값을 포함하는 부 (sub)- 투플을 가리킴

대문자 Q, R, S 등은 릴레이션 스키마를 나타냄

소문자 q, r, s 등은 (Q, R, S 등에 대응하는 ) 릴레이션 상태를 나타냄 소문자 t, u, v 등은 투플을 나타냄

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관계 모델의 표기법 (2/2)

일반적으로 , STUDENT 처럼 릴레이션 스키마의 이름은 릴레이션의 현재 투플들 의 집합 , 즉 현재의 릴레이션 상태를 가리키고 , 반면에 STUDENT(Name, SSN, ...) 는 릴레이션 스키마를 가리킴

서로 다른 릴레이션에서 동일한 이름의 애트리뷰트를 사용할 수 있으며 , 이 경우 애트리뷰트 이름 앞에 릴레이션 이름을 붙여서 서로를 구분함

STUDENT.Name, Faculty.Name, Employee.Name

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강의 내용

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관계 모델 제약 조건 (constraint)

제약조건은 모든 릴레이션 인스턴스들이 만족해야 하는 조건임

스키마 기반 제약조건 : 데이터 모델 스키마에서 DDL 을 통해 직접 표현 가능한 조건

(1) 도메인 제약 조건 (domain constraints) (2) 키 제약조건 (key constraints)

(3) 널에 대한 제약조건 (constraints on nulls)

(4) 엔티티 무결성 제약조건 (entity integrity constraints) (5) 참조 무결성 제약조건 (referential integrity constraints)

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도메인 제약 조건

도메인 제약조건 - ①

각 애트리뷰트 A 의 값은 반드시 A 의 도메인 dom(A) 에 속하는 원자값이어야 함

도메인과 관련된 데이터 타입

정수 , 실수와 같은 표준 숫자형

문자 , 고정길이 문자열 , 가변길이 문자열

날짜 , 시간

타임스탬프

화폐단위 등

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키 제약조건 (1/3)

키 제약조건 - ②

릴레이션은 투플의 집합으로 정의되므로 , 모든 원소는 중복되어서는 안됨

어떤 두 투플도 릴레이션의 모든 애트리뷰트에 대해 같은 값들의 조합을 가질 수 없음

R 의 슈퍼키 (superkey)

R의 애트리뷰트 집합 SK 로서 다음의 성질을 만족해야 함

모든 유효한 릴레이션 인스턴스 r(R) 에서 어떠한 두 투플도 동일한 SK 값을 갖지 않아 야 함  즉 , r(R) 내의 임의의 서로 다른 두 투플 t1 과 t2 에 대해 t1[SK] ≠ t2[SK] 이어 야 함

R 의 키 (key)

“ 최소” 슈퍼키  즉 , 슈퍼키들 중에서 슈퍼키 K 를 구성하는 어느 한 애트리뷰트라도 빠지면 슈퍼키가 될 수 없는 슈퍼키 K 를 의미함

키 애트리뷰트의 값은 릴레이션내 각 투플을 유일하게 식별하는데 이용할 수 있음

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키 제약조건 (2/3)

슈퍼키 슈퍼키

슈퍼키최소

↓ 키

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키 제약조건 (3/3)

기본키 (primary key)

일반적으로 릴레이션은 여러 키를 가질 수 있는데 , 이들을 후보키 (candidate key) 라 함

릴레이션이 여러 후보키를 가지면 이중 하나를 임의로 선택하여 기본키로 지정함

기본키를 구성하는 애트리뷰트는 밑줄로 표시함

( 기본키에 대해서는 물리적 인덱스 등을 구성하여 , 접근 속도를 향상시킴 )

후보키 후보키&

기본키

(23)

널에 대한 제약조건

널에 대한 제약조건 - ③

애트리뷰트 값으로 널을 허용하지 않는 경우 , 애트리뷰트는 널을 가질 수 없음

예 : DEPARTMENT 테이블의 Name 필드는 NOT NULL 로 제한함

CREATE TABLE DEPARTMENT

( DNAME VARCHAR(15) NOT NULL, DNUMBER INT NOT NULL,

MGRSSN CHAR(9) NOT NULL, MGRSTARTDATE DATE,

PRIMARY KEY (DNUMBER), UNIQUE (DNAME),

FOREIGN KEY (MGRSSN) REFERENCE EMPLOYEE (SSN)) ;

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관계 데이터베이스와 스키마 (1/3)

관계 데이터베이스 스키마 = S + IC (Schema + Integrity Constraint)

데이터베이스에 속하는 릴레이션 스키마들의 집합 S 와 무결성 제약조건 IC(Integrity Constraint) 의 집합으로 정의됨

S = {R₁, R₂, ..., R_n} + IC

데이터베이스 스키마 S 의 관계 데이터베이스 상태 ( 혹은 인스턴스 )

릴레이션 상태 집합 DB 를 데이터베이스 상태라고 정의함

DB = {r₁, r₂, ..., r_n} 여기서 r_i는 IC 를 만족함

데이터 정의어

관계 스키마를 정의하기 위한 언어 : DDL(Data Definition Language)

(25)

관계 데이터베이스와 스키마 (2/3)

Company = {Employee, Department, Dept_locations, Projects, Works_On, Dependent}

릴레이션 스키마 관계 데이터베이스 스키마

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관계 데이터베이스와 스키마 (3/3)

COMPANY 관계 데이터베이스 스키마에 대응하는 관계 데이터베이스 상태

참조무결성제약조건

PK

FK

릴레이션 상태

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무결성 제약조건이 뭐야 ?

관계 데이터베이스 스키마 = S(Schema) + IC(Integrity Constraint) 라는 데 ,

도대체 무결성 제약조건이 뭐야 ?

앞서의 세 가지 제약조건 +

엔티티 무결성 제약조건 +

참조 무결성 제약조건

(28)

엔티티 무결성 제약조건

엔티티 무결성 제약 조건 - ④

기본키가 각 투플들을 식별하는 데 이용되기 때문에 어떠한 기본 키 값도 널 값을 가질 수 없다는 제약 조건임 , 기본키 → 릴레이션의 속성을 정의할 때 not null 임을 명시

기본키에 속하지 않는 애트리뷰트들도 null 값을 가질 수 없도록 제한할 수는 있음

CREATE TABLE DEPARTMENT

( DNAME VARCHAR(15) NOT NULL, DNUMBER INT NOT NULL,

MGRSSN CHAR(9) NOT NULL, MGRSTARTDATE DATE,

PRIMARY KEY (DNUMBER), UNIQUE (DNAME),

FOREIGN KEY (MGRSSN) REFERENCE EMPLOYEE (SSN)) ;

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참조 무결성 제약조건 (1/2)

참조 무결성 제약 조건 - ⑤

한 릴레이션에 있는 투플이 다른 릴레이션에 있는 투플을 참조하려면 반드시 참조되는 투플이 그 릴레이션 내에 존재해야 함

하나의 릴레이션 R 에서 속성 F 의 값으로 다른 릴레이션 S 의 기본키 P 값을 참조하는 경우에 R과 S 는 참조 무결성 제약 조건을 가진다고 함 (F 는 null 을 가질 수 있음 )

t₁[F] = t₂[P] 이면 R 의 투플 t₁ 이 S 의 투플 t₂ 를 참조 (reference) 한다고 하며 , F 를 외래키 (foreign key) 라고 부름

 R 을 참조한 (referencing) 릴레이션 , S 를 참조된 (referenced) 릴레이션이라고 부 름

다른 제약조건과 달리 참조 무결성은 두 릴레이션에 대한 제약조건임

(30)

엔티티 무결성과 참조 무결성 제약조건 (2/2)

관계형 데이터베이스 스키마에서

참조 무결성 제약조건은 R₁.FK 에서 R₂.PK로의 화살표로 표시함

외래키는 동일한 릴레이션의 애트리뷰트를 참조할 수도 있음

두 릴레이션의 JOIN 시 이용

(31)

강의 내용

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관계 모델의 갱신 연산

관계모델의 연산의 종류

추출 (retrieval) – Read

갱신 (update) - Write

릴레이션에 대한 기본 갱신 연산

삽입 : 새로운 투플의 삽입

삭제 : 기존 투플의 삭제

수정 : 기존 투플의 애트리뷰트 값의 변경

갱신 ( 삽입 , 삭제 , 수정 ) 연산을 실행하는 경우 스키마에 정의된 ( 무결성 ) 제약 조건 을

위반하지 않아야 함

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삽입 연산

네 가지 종류의 제약 조건을 위반할 수 있음

도메인 제약조건 : 삽입되는 투플 t 에서 애트리뷰트의 값이 도메인에 없는 경우

키 제약 조건 : t 에서 기본키의 값이 다른 투플에서 이미 존재하는 경우

엔티티 제약 조건 : t 에서 기본키의 값이 널인 경우

참조 무결성 제약 조건 : t 에서 외래키의 값이 참조되는 릴레이션의 기본키 값으로 존재하지 않는 경우

널에 대한 제약 조건  엔티티 제약 조건에 포함된다고 볼 수 있음

제약 조건을 위반하면 그 삽입을 거부하거나 , 그 위반 사실을 사용자에 게 알려 정정하도록 해야 함

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관계 데이터베이스와 스키마 – 참고

COMPANY 관계 데이터베이스 스키마에 대응하는 관계 데이터베이스 상태

참조무결성제약조건

PK

FK

릴레이션 상태

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삭제 연산

참조 ( 무결성 ) 제약 조건 : 삭제하려는 투플을 다른 투플에서 참조하고 있는 경우

참조 ( 무결성 ) 제약 조건의 유지 : 투플이 삭제되는 경우 다른 투플에서 참조하고 있는 지 검사하여 그렇지 않는 경우에만 삭제함

삭제 연산이 참조 무결성 제약 조건을 위반하는 경우 취할 수 있는 세 가지 옵션

삭제를 거부

삭제되는 투플을 참조하는 투플들까지 모두 삭제 ( 연쇄 삭제 )

삭제되는 투플을 참조하는 투플에서 외래키 값을 널로 바꾸거나 다른 유효한 투플을 참조하도록 변경

위의 세 가지 옵션 중 사용자가 응용의 특성에 적합한 것을 선택하도록

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수정 연산

수정 연산은 기본적으로 “삭제 후 삽입” 연산으로 간주할 수 있으므로 삽입과 삭제시의 문 제점이 모두 나타남

기본 키나 외래키가 아닌 애트리뷰트 값의 변경은 큰 문제가 없음

→ 도메인 제약조건의 위반 여부만을 확인하면 됨

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요약

관계 모델의 개념

용어 정의 ( 릴레이션 , 투플 , 애트리뷰트 등 )

관계 제약조건과 관계형 데이타베이스 스키마

도메인 제약 조건 , 키 제약조건 , 엔티티 무결성 제약조건 , 참조 무결성 제약조건

스키마는 릴레이션의 집합과 ( 무결성 ) 제약 조건 집합으로 구성됨

갱신 연산과 제약조건의 위반 처리

릴레이션에 투플을 삽입하거나 삭제 변경할 때 제약조건을 만족하는지 검사