데이터베이스 ch4 : Relational Model & Relational Database Constraints

Contents

1. 관계 모델의 개념

2. 관계 모델 제약조건과 관계 데이타베이스 스키마

3. 갱신 연산과 트랜잭션 그리고 제약조건의 위반 처리

The Concept of Relational Model

• 관계 모델에서 데이터베이스는 릴레이션 ( 테이블 ) 들의 모임으로 표현됨
• 릴레이션은 투플 ( 행 , 레코드 ) 들의 집합으로 표현됨
• 투플은 애트리뷰트 ( 컬럼 , 필드 , 혹은 속성 ) 들로 구성됨
• 관계 모델의 용어
  • 행 : 투플
  • 열 : 애트리뷰트 ( 속성 )
  • 테이블 : 릴레이션

Domain, Tuple, Attribute, Relation

릴레이션과 연관된 용어들

• 도메인(domain): 원자 값들(atomic values)의 집합
  • USA_phone_numbers : 미국에서 사용하는 10 자리 전화번호들의 집합
  • Names : 개인의 이름들의 집합
  • Age : 16~60 사이의 사원들의 나이 ( 정수 )
• 도메인은 실제 데이터 타입으로 명시함 (int, char(10), ...)
• 릴레이션 스키마 (Relation schema)
  • 릴레이션 이름 과 애트리뷰트 들의 집합으로 R(A₁, A₂, ..., A_n)로 표기함
  • 예 : STUDENT(Name,SSN,BirthDate,Addr)
  • 릴레이션의 차수 (degree): 릴레이션의 애트리뷰트 갯수
  • 릴레이션 R(A₁, A₂, ..., A_n)의 투플 t : n-투플이라고 부름
  • 값들의 ( 순서화된 ) 집합 t = <v₁,v₂, ..., v_n>값 v_i는 dom(A_i)의 한 원소임 ;
  • R에 대한 릴레이션 혹은 릴레이션 인스턴스 (Relation instance) r(R)
• 투플의 집합 ; r(R) = {t₁, t₂, ..., t_m}
• r(R) ⊆ dom(A₁) x ... x dom(A_N) : r(R)은 실세계의 특정 상태를 반 # 모든 도매인의 부분집합
• x, cartesian product

The Propoerties of Relation

• 릴레이션에서 투플의 순서는 의미가 없음
  • 집합에서 원소의 순서가 무의미한 것과 마찬가지 임
• 각 투플 내에서의 값들의 순서
  • n-투플은 n 개 값으로 구성된 리스트이며, 한 투플 내에서 값들의 순서는 중요함 (리스트에서 원소의 순서는 중요한 의미를 가짐)
• 투플 내의 필드값
  • 나눌 수 없는 원자 값들 (atomic values) 임
  • 값을 알 수 없거나 해당되는 값이 없을 때에는 null 이라는 특수 값을 사용함
  • ER 모델에서의 다치(multi-valued) 애트리뷰트나 복합(composite) 애트리뷰트는 관계모델에서는 허용되지 않음

Relational Model Notations

• 차수가 n인 릴레이션 스키마 R은 R(A₁, A₂, ..., A_n)으로 표기한다 .
• 릴레이션 r(R)의 n-투플 t는 t= <v₁,v₂, ..., v_n>으로 표기한다. 여기서 v_i는 애트리뷰트의 값이다.
• 투플 의 구성 요소 값(component value)을 t[A_i]=v_i (투플 에 대한 애트리뷰트 의 값)로 표기한다.
• 마찬가지로, t[A_u, A_v, ..., A_w]는 애트리뷰트 A_u, A_v, ..., A_w의 값을 포함하는 부(sub)-투플을 가리킨다.
• 대문자 Q, R, S등은 릴레이션 이름을 나타낸다.
• 소문자 q, r, s등은 릴레이션 상태를 나타낸다.
• 소문자 t, u, v 등은 투플을 나타낸다.
• 일반적으로, STUDENT 처럼 릴레이션 스키마의 이름은 릴레이션의 현재 투플들의 집합, 즉, 현재의 릴레이션 상태를 가리키고, 반면에 STUDENT(Name, SSN, ...)는 릴레이션 스키마를 가리킨다.
• 서로 다른 릴레이션에서 동일한 이름의 애트리뷰트를 사용할 수 있으며, 이 경우 애트리뷰트 이름 앞에 릴레이션 이름을 붙여서 서로를 구분한다.

Relational Model Constraints and Relational Database Schema

제약조건은 모든 릴레이션 인스턴스들이 만족해야 하는 조건임

• 주요 제약조건
  • 도메인 제약 조건 (domain constraints)
  • 키 제약조건 (key constraints)
  • 엔티티 무결성 제약조건 (entity integrity constraints)
  • 참조 무결성 제약조건 (referential integrity constraints)

Domain Constraints

• 각 애트리뷰트 의 값은 반드시 의 도메인 에 속하는 원자값이어야 함
• 도메인과 관련된 데이터 타입
  • 정수, 실수와 같은 표준 숫자형
  • 문자, 고정길이 문자열 , 가변길이 문자열
  • 날짜, 시간
  • 화폐단위
  • 메모 등

Key Constraints

• R의 수퍼키(superkey) : 유일성 제약(uniqueness constraint) 조건 만족
  • R의 애트리뷰트 집합 SK로서 다음의 성질을 만족해야 함
  • 모든 유효한 릴레이션 인스턴스 r(R)에서 어떠한 두 투플도 동일한 SK 값을 갖지 않아야 함; 즉, r(R)내의 임의의 서로 다른 두 투플t₁ 과 t₂에 대해 t₁[SK] ≠ t₂[SK]이어야 함

• R의 키(key) 또는 후보키(Candidate key)
  • “최소” 수퍼키; 즉, 수퍼키들 중에서 수퍼키 K를 구성하는 어느 한 애트리뷰트라도 빠지면 수퍼키가 될 수 없는 수퍼키 K를 의미함
  • 예제: CAR 릴레이션 스키마 CAR(State, Reg#, SerialNo, Make, Model, Year)는 두개의 키 Key1 = {State, Reg#}, Key2 = {SerialNo}를 가지며, 이들은 동시에 수퍼키이다. {SerialNo, Make}는 수퍼키이나 키는 아니다.
• 기본 키(primary key) 릴레이션이 여러 개의 후보키(CK: candidate key)를 가지면 이중 하나를 임의로 선택
• 하여 기본키(PK: primary key)로 지정함 기본키를 구성하는 애트리뷰트는 밑줄로 표시함
• 애트리뷰트의 값으로 널의 허용 여부도 중요한 제약 조건임

Relational Database and Relational Database Schema

• 관계 데이타베이스 스키마
  • 동일한 데이타베이스에 속하는 릴레이션 스키마들의 집합 S와 무결성 제약조건 IC로 구성됨
  • 릴레이션 스키마 집합 S를 데이타베이스 이름이라고 정의함: S = {R1, R2, ..., Rn}
• 데이타베이스 스키마 S의 관계 데이타베이스 상태 (혹은 인스턴스)
  • 릴레이션 상태들의 집합
  • 예제: Company = {Employee, Department, Dept_locations, Projects, Works_On, Dependent}는 관계 데이타베이스 스키마이고 (그림 3.5), 그림 3.6은 Company 스키마에 해당하는 관계 데이타베이스 상태를 보여준다

Entity Integrity Constraints, Referential Integrity Constraints, Foreign Key

• 엔티티 무결성 제약 조건 (Entity Integrity Constraints)
  • 어떠한 기본 키 값은 null 값을 가질 수 없다는 제약 조건임
  • 기본키가 각 투플들을 식별하는 데에 이용되기 때문임
  • 참고 : R의 기본키에 속하지 않는 애트리뷰트들도 null 값을 가질 수 없도록 제한할 수 있음; 릴레이션의 속성을 정의할 때 not null 임을 명시
• 참조 무결성 제약 조건 (Referential Integrity Constraints)
  • 하나의 릴레이션 R에서 속성 FK의 값으로 다른 릴레이션 S의 기본 키 PK값을 참조하는 경우에 R과 S는 참조 무결성 제약 조건을 가진다고 함; 이 때 , FK의 값은 널(null)을 가질 수 있음
  • t₁[FK] = t₂[PK]이면 R의 투플 t₁이 S의 투플 t₂를 참조한다(reference)고 하며 , FK를 외래키(Foreign Key)라고 부름; 을 참조한 (referencing) 릴레이션 , S를 참조된 (referenced) 릴레이션이라고 부름
  • 앞의 제약조건들은 하나의 릴레이션에 대한 제약 조건이지만, 참조 무결성은 두 릴레이션에 대한 제약조건임을 유의해야 함
  • 관계형 데이타베이스 스키마에서 참조 무결성 제약조건R₁.FK은 에서 R₂로의 화살표로 표시함

Update Operations, Transaction, and Handling Violations of Constraints

• 릴레이션에 대한 기본 갱신 연산들
  • 삽입, 삭제, 수정
• 갱신 연산을 실행하는 경우 스키마에 정의된 무결성 제약 조건을 위반하지 않아야 함
• 삽입연산 : 네가지 제약 조건을 위반할 수 있음
  • 삽입되는 투플 t에서 애트리뷰트의 값이 도메인에 없으면 도메인 제약 조건을 위반함
  • t에서 기본 키의 값이 다른 투플에서 이미 존재한다면 키 제약 조건을 위반하며, 널이면 엔티티 제약 조건을 위반함
  • t에서 외래 키의 값이 참조되는 릴레이션의 키 값으로 존재하지 않는다면 참조 제약 조건을 위반함
  • 제약 조건을 위반하면 그 삽입을 거부하거나 그 위반 사실을 사용자에게 알려야 함
• 삭제연산
  • 투플이 삭제되는 경우 다른 테이블에서 참조하고 있는지 검사하여 그렇지 않는 경우에만 삭제함(참조 무결성)
  • 삭제 연산이 참조 무결성 제약 조건을 위반하는 경우 취할 수 있는 세가지 옵션
    • 삭제를 거부
    • 삭제되는 투플을 참조하는 투플들까지 모두 삭제 (연쇄 삭제(on delete cascade))
    • 삭제되는 투플을 참조하는 투플에서 외래키 값을 널로 바꾸거나 다른 유효한 투플을 참조하도록 변경 (on delete set null)
  • 위의 세가지 옵션 중 사용자가 응용의 특성에 적합한 것을 선택하도록 하는 것이 바람직함
• 수정연산
  • 수정 연산은 기본적으로 “삭제 후 삽입” 연산으로 간주할 수 있으므로 삽입과 삭제시의 문제점이 모두 나타남
  • 기본 키나 외래키가 아닌 애트리뷰트 값의 변경은 문제가 없음