관계형 데이터베이스 모델이란?
관계형 데이터 모델은 1970년 C. F. 코드(C. F. Codd)가 처음 소개한 이후 현재까지 가장 널리 사용되는 데이터 모델입니다. 이 모델은 세상을 "서로 연관된 관계(테이블)들의 집합"으로 표현합니다. 관계형 데이터 모델은 여러 요소들을 하나의 관계로 묶어 데이터 테이블 형태로 구성하며, 각 테이블에는 반드시 기본 키(primary key) 또는 식별자(identifier)가 포함된다는 개념에 기반합니다. 다른 테이블들은 이 식별자를 활용해 서로 연결되며, 그 결과로 '관계형' 데이터 링크와 조회 결과를 제공하게 됩니다.
오늘날 Oracle, IBM DB2, Microsoft SQL Server 등 다양한 상용 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)이 사용되고 있으며, MySQL, mSQL(mini-SQL), 임베디드 자바 DB인 Apache Derby 같은 무료·오픈소스 RDBMS도 폭넓게 활용되고 있습니다. 데이터베이스 관리자는 구조적 질의 언어(SQL, Structured Query Language)를 사용해 관계형 데이터베이스에서 필요한 데이터를 추출합니다.
기본 키의 역할과 데이터 품질
앞서 언급했듯이 기본 키는 관계형 데이터 모델을 구축하고 활용하는 데 있어 핵심적인 도구입니다. 기본 키는 데이터 집합의 모든 구성원마다 고유해야 하며, 누락 없이 채워져 있어야 합니다. 일관성이 깨지면 개발자가 데이터를 조회하는 과정에서 문제가 발생할 수 있습니다. 그 외에도 관계형 데이터베이스 설계에서 흔히 발생하는 문제로는 데이터의 과도한 중복 저장, 잘못되었거나 불완전한 데이터, 테이블 간 부적절한 연결 등이 있습니다. 따라서 일상적인 데이터베이스 관리 업무의 상당 부분은 데이터베이스 내 모든 데이터 집합을 점검하여 일관성 있게 채워져 있는지, 그리고 SQL을 비롯한 어떤 조회 방식으로도 원활하게 응답하는지 확인하는 작업입니다.
예를 들어, 관계형 데이터베이스의 한 행(row)은 튜플(tuple)에 해당합니다. 튜플은 특정 인스턴스나 가상 객체를 중심으로 구성된 데이터 집합이며, 기본 키는 이를 고유하게 식별하는 역할을 합니다. 또한 데이터 테이블의 열(column) 이름은 속성(attribute)과 연결되는데, 속성이란 해당 데이터 집합의 모든 구성요소가 공통으로 지닌 식별 정보나 특징을 의미합니다. 이러한 엄격한 규약들은 데이터베이스 관리자와 설계자가 관계형 데이터베이스를 구축할 때 따라야 할 표준을 제공합니다.
데이터베이스 설계 목표
- 데이터 중복 제거: 동일한 데이터는 두 곳 이상에 저장하지 않습니다. 중복 데이터는 저장 공간을 낭비할 뿐만 아니라 데이터 불일치를 유발하기 쉽기 때문입니다.
- 데이터 무결성과 정확성 보장: 데이터 무결성은 데이터의 전체 생명주기 동안 정확성과 일관성을 유지하고 보장하는 것을 의미하며, 데이터를 저장·처리·조회하는 모든 시스템의 설계, 구현, 운영에서 매우 중요한 요소입니다.
관계형 모델이 제공한 기반
관계형 모델은 다음 분야들의 토대가 되었습니다:
- 데이터·관계·제약 조건에 관한 이론 연구
- 다양한 데이터베이스 설계 방법론
- 구조적 질의 언어(SQL)라는 표준 데이터베이스 접근 언어
- 거의 모든 현대 상용 데이터베이스 관리 시스템
관계형 데이터베이스는 SQL의 발전과 함께 성장해 왔습니다. 초보자도 짧은 시간 안에 기본적인 질의를 익힐 수 있을 만큼 SQL이 단순하다는 점이 관계형 모델이 널리 보급된 큰 이유 중 하나입니다.
테이블 간 관계 예시
아래 두 테이블은 '제품 코드(Product_code)' 필드를 통해 서로 연관됩니다. 이처럼 두 테이블은 공통 필드를 만드는 것만으로도 간단히 관계를 맺을 수 있습니다.
표 1
| 제품 코드 | 제품명 | 가격 |
|---|---|---|
| A416 | 컬러펜 | ₹ 25.00 |
| C923 | 필통 | ₹ 45.00 |
표 2
| 송장 코드 | 송장 항목 | 제품 코드 | 수량 |
|---|---|---|---|
| 3804 | 1 | A416 | 15 |
| 3804 | 2 | C923 | 24 |
관계형 데이터 모델(RDM)의 4단계 구축 과정
- 관계와 속성: 각종 테이블과 각 테이블에 속한 속성들을 식별합니다. 테이블은 개체(entity)를 나타내고, 속성은 해당 개체의 특성을 나타냅니다.
- 기본 키: 레코드를 고유하게 식별할 수 있는 속성 또는 속성 집합을 찾아 기본 키로 지정합니다.
- 관계: 외래 키(foreign key)를 통해 테이블 간 관계를 설정합니다. 외래 키란 한 테이블에 존재하면서 다른 테이블의 기본 키 역할을 하는 속성입니다. 관계(테이블) 사이에는 일대일(1:1), 일대다(1:N), 다대다(N:M) 관계가 존재할 수 있습니다.
- 정규화: 데이터베이스 구조를 최적화하는 과정입니다. 정규화는 데이터베이스 설계를 단순화하여 중복과 혼란을 방지합니다. 주요 정규형은 다음과 같습니다.
- 제1정규형
- 제2정규형
- 제3정규형
- 보이스-코드 정규형(Boyce-Codd)
- 제5정규형
일련의 규칙을 적용하면 테이블은 위 정규형들을 순차적으로 거쳐 정규화되며, 정규화 단계가 높아질수록 설계의 효율성도 함께 향상됩니다.
관계형 데이터베이스의 장점
관계형 데이터베이스의 가장 큰 장점은 사용자가 데이터를 손쉽게 분류·저장할 수 있고, 이후 질의와 필터링을 통해 보고서에 필요한 특정 정보를 추출할 수 있다는 점입니다. 또한 확장이 용이하고 물리적 저장 구조에 의존하지 않기 때문에, 최초 데이터베이스 생성 이후에도 기존 애플리케이션을 수정하지 않고 새로운 데이터 범주를 추가할 수 있습니다.
기타 장점
- 정확성: 데이터를 한 번만 저장하므로 중복 문제가 발생하지 않습니다.
- 유연성: 복잡한 질의도 사용자가 쉽게 수행할 수 있습니다.
- 협업성: 여러 사용자가 동시에 같은 데이터베이스에 접근할 수 있습니다.
- 신뢰성: 관계형 데이터베이스 모델은 오랜 기간 검증되어 성숙하고 이해하기 쉽습니다.
- 보안성: RDBMS 내 테이블 데이터에 대한 접근 권한을 특정 사용자에게만 허용하도록 제한할 수 있습니다.