안녕하세요. 문범우입니다.
이번에는 Data Base에서 데이터 모델링(Data Modeling)에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
데이터 모델링을 보다 잘 이해하려면 앞에서 학습한 엔터티, 속성, 관계, 식별자에 대한 이해가 필요하므로 각 개념에 대해 이해가 가지 않는 부분이 있다면 아래 링크를 통해서 다시 한번 확인하면 좋습니다.
1. 모델링
1-1. 모델링이란?
모델링이라는 것은 우리 주변에 있는 사람, 사물, 개념 등 다양한 현상을 발생시키는 것들을 일정한 표기법에 의해 나타내는 것을 이야기 한다.
모델링에 대한 사전적 정의로는 아래와 같이 다양하게 존재한다.
- 가설적 또는 일정 양식에 맞춘 표현
- 어떤 것에 대한 예비표현으로 그로부터 최종대상이 구축되도록 하는 계획으로서 기여하는 것
- 복잡한 '현실세계'를 단순화시켜 표현하는 것
1-2. 모델링의 특징
모델링의 특징으로는 다음과 같이 대표적으로 3가지, 추상화, 단순화, 명확화 3가지로 요약할 수 있다.
1-2-1. 추상화(모형화, 가설적)
추상화는 현실세계를 일정한 형식에 맞추어 표현을 한다는 의미이다. 다양한 현상을 일정한 양식인 표기법에 의해 표현한다는 것이다.
1-2-2. 단순화
단순화는 복잡한 현실세계를 약속된 규약에 의해 제한된 표기법이나 언어로 표현하여 현실세계를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하는 개념을 의미한다.
1-2-3. 명확화
명확화란 누구나 이해하기 쉽도록 대상에 대한 애매모호함을 제거하고 보다 정확하게 현상을 기술하는 것을 의미한다.
1-3. 모델링의 3가지 관점
시스템의 대상이 되는 업무를 분석하여 정보시스템으로 구성하는 과정에서 업무의 내용과 정보시스템의 모습을 적절한 표기법으로 표현하는 것을 모델링이라고 한다면, 이러한 모델링은 크게 3가지 관점, 데이터관점, 프로세스관점, 데이터와 프로세스의 상관관점으로 구분할 수 있다.
1-3-1. 데이터 관점(What)
업무가 어떤 데이터와 관련이 있는지 또는 데이터간의 관계는 무엇인지에 대해서 모델링하는 방법
1-3-2. 프로세스 관점(How)
업무가 실제하고 있는 일은 무엇인지 또는 무엇을 해야 하는지를 모델링하는 방법
1-3-3. 데이터와 프로세스의 상관관점
업무가 처리하는 일의 방법에 따라 데이터는 어떻게 영향을 받고 있는지 모델링하는 방법
2. 데이터 모델링
2-1. 데이터 모델링이란
우선, 데이터 모델링의 기반이 되는 데이터 모델은 데이터베이스의 골격을 이해하고 그 이해를 바탕으로 SQL문장을 기능과 성능적인 측면에서 효율적으로 작성하기 위해 꼭 알아야 하는 핵심요소이다. 이러한 데이터 모델을 만드는 데이터 모델링은 다음과 같이 정의 될 수 있다.
- 정보시스템을 구축하기 윟나 데이터관점의 업무 분석 기법
- 현실세계의 데이터(What)에 대해 약속된 표기법으로 표현하는 과정
- 데이터베이스를 구축하기 위한 분석/설계 과정
2-2. 데이터 모델이 제공하는 기능
업무를 분석하는 관점에 있어서 데이터 모델은 다음과 같은 기능을 제공한다.
- 시스템을 현재 또는 원하는 모습으로 가시화하도록 도와준다.
- 시스템의 구조와 행동을 명세화 할 수 있게 한다.
- 시스템을 구축하는 구조화된 틀을 제공한다.
- 시스템을 구축하는 과정에서 결정한 것을 문서화한다.
- 다양한 영역에 집중하기 위해 다른 영역의 세부 사항은 숨기는 다양한 관점을 제공한다.
- 특정 목표에 따라 구체화된 상세 수준의 표현방법을 제공한다.
2-3. 데이터 모델링의 중요성과 유의점
데이터 모델링이 중요한 이유는 파급효과(Leverage), 복잡한 정보 요구사항의 간결한 표현(Conciseness), 데이터 품질(Data Quality)로 정리할 수 있다.
- 파급효과(Leverage)
데이터 모델링이 초기에 제대로 이루어지지 않는다면, 시스템이 구현되고 테스트 하는 과정 중 그 문제점이 나타날 수 있다. 일반적으로 단위테스트, 통합테스트 등 다양한 단계의 테스트를 진행하는데 데이터 모델링의 문제가 발생해 데이터 모델을 변경해야 하는 상황이 온다면 데이터 모델, 구조 변경에 따른 표준 영향 분석, 응용 변경 영향 분석 등 다양한 분석이 필요해진다. 또한 그 이후의 실질적 구조 변경 작업이 진행되어야 한다.
- 복잡한 정보 요구사항의 간결한 표현(Conciseness)
데이터 모델은 구축할 시스템의 정보 요구사항과 한계를 가장 명확하고 간결하게 표현할 수 있는 도구이다. 정보 요구사항이 정확하고 간결하게 표현되어야 해당 데이터 모델과 관련된 시스템을 구축하는 많은 사람들이 설계자의 생각대로 정보 요구사항을 이해할 수 있을 것이고, 이를 운용할 수 있는 서비스/어플리케이션을 개발하며 데이터 정합성을 유지할 수 있다.
- 데이터 품질(Data Quality)
데이터베이스에 담겨 있는 데이터는 기업/단체의 중요한 자산이다. 특정 데이터에 대해서는 그 기간이 늘어날 수록 활용가치가 더 높아지기도 한다. 헌데, 그러한 데이터의 정확성이 떨어지는 등 데이터 품질이 낮아진다면 어떨까? 이는 해당 데이터로 얻을 수 있었던 비즈니스 기회를 상실할 수도 있는 문제가 된다.
데이터 품질에 대한 고찰은 데이터가 쌓이는 초기에는 쉽게 인지를 못하는 경우가 대부분이기에 초기 부터 오랜 기간 숙성된 데이터를 전략적으로 활용하기 위해 데이터 품질에 대한 중요성을 기억해야 한다.
또한 위와 같은 중요성을 지키기에 앞서, 데이터 모델링을 할때 유의해야 할 점은 다음과 같다.
- 중복(Duplication)
데이터 모델은 같은 데이터를 사용하는 사람, 시간, 그리고 장소를 파악하는데 도움을 준다. 이러한 자식 응용은 데이터베이스가 여러 장소에 같은 정보를 저장하는 잘못을 하지 않도록 한다.
- 비유연성(Inflexibility)
데이터 모델을 어떻게 설계했느냐에 따라 사소한 업무변화에도 데이터 모델이 수시로 변경됨으로써 유지보수의 어려움을 가중시킬 수 있다. 데이터의 정의를 데이터의 사용 프로세스와 분리함으로써 데이터 모델링은 데이터 혹은 프로세스의 작은 변화가 애플리케이션과 데이터베이스에 중대한 변화를 일으킬 수 있는 가능성을 줄인다.
- 비일관성(Inconsistency)
데이터의 중복이 없더라도 비일관성은 발생할 수 있다. 예를 들어 신용 상태에 대한 갱신 없이 고객의 납부 이력 정보를 갱신하는 것이다. 개발자가 다른 데이터와 모순된다는 고려 없이 일련의 데이터를 수정할 수 있기 때문이다. 데이터 모델링을 할 때 데이터와 데이터간 상호 연관 관계에 대한 명확한 정의는 이러한 위험을 사전에 예방할 수 있도록 해준다.
2-4. 데이터 모델링의 3단계
데이터 모델링을 하는데에 있어서는 시간에 따라 진행되는 3가지 과정이 있다. 이는 추상화 수준에 따라 달라지며 개념적 데이터 모델링, 논리적 데이터 모델링, 물리적 데이터 모델링으로 정리 된다.
2-4-1. 개념적 데이터 모델링
추상화 수준이 높으며 업무 중심적이고 포괄적인 수준의 모델링을 진행한다. 전사적 데이터 모델링으로도 사용되며 EA 수립시에도 많이 이용한다.
어떠한 자료가 중요하고, 어떠한 자료가 유지되어야 하는지를 결정하는 내용도 포함된다. 이 단계에 있어서 주요한 활동은 핵심 엔터티와 그들 간의 관계를 발견하고, 그것을 표현하기 위해 엔터티-관계 다이어그램을 생성하는 것이다.
개념적 데이터 모델링을 통해 조직의 데이터 요구를 공식화 하는 것은 두 가지의 중요한 기능을 지원한다.
1. 개념적 데이터 모델은 사용자와 시스템 개발자가 데이터 요구 사항을 발견할 수 있도록 지원한다.
2. 개념 데이터 모델은 현 시스템이 어떻게 변형되어야 하는가를 이해하는데 유용하다.
2-4-2. 논리적 데이터 모델링
시스템으로 구축하고자 하는 업무에 대해 Key, 속성, 관계 등을 정확하게 표현하는 단계의 모델링이다. 재사용성이 높은 특징을 갖는다.
이러한 논리적 데이터 모델링은 데이터베이스 설계 프로세스의 Input으로써 비즈니스 정보의 논리적인 구조와 규칙을 명확하게 표현하는 과정이다. 데이터 모델링 과정에서 가장 핵심이 되는 부분이기도 하다.
논리적 데이터 모델링에서 진행되는 중요한 과정 중에 하나는 정규화이다. 정규화는 논리적 데이터 모델 상세화 과정의 대표적인 활동으로, 논리적 데이터 모델의 일관성을 확보하고 중복을 제거하여 속성들이 가장 적절한 엔터티에 배치되도록 함으로써 보다 신뢰성있는 데이터 구조를 얻는데 목적이 있다.
논리적 데이터 모델의 상세화는 식별자 확정, 정규화, M:M 관계 해소, 참조 무결성 규칙 정의 등을 들 수 있으며, 추가적으로 이력 관리에 대한 전략을 정의한다.
2-4-3. 물리적 데이터 모델링
실제로 데이터베이스에 이식할 수 있도록 성능, 저장 등 물리적인 성격을 고려하여 설계하는 단계의 모델링이다.
데이터가 물리적으로 컴퓨터에 어떻게 저장될 것인가에 대한 정의를 진행하는 단계이며 이 단계에서 테이블, 칼럼 등으로 표현되는 물리적인 저장구조와 사용될 저장 장치, 자료를 추출하기 위해 사용될 접근 방법 등을 결정한다.
2-5. 데이터 독립성
일체적 구성에서 기능화된 구성의 가장 큰 목적은 상호간 영향에서 벗어나 개별 형식이 가지는 고유의 기능을 유지시키며 그 기능을 극대화하는 것이다. 이를 위해 데이터 모델링 과정에서는 데이터 독립성을 중요시 한다.
2-5-1. 데이터 독립성의 필요성
데이터 독립성은, 끊임없이 요구되는 사용자 요구사항에 대해 화면과 데이터베이스 간에 서로 독립성을 유지하기 위한 목적으로 개념이 출현했다고 할 수 있다. 즉, 구조화 된 시스템이 시간이 지날수록 유지보수 비용이 증가하고, 데이터복잡도가 증가하며, 데이터 중복성 또한 증가 함에 따라서 데이터 독립성의 필요성이 대두된 것이다.
이러한 데이터 독립성이 확보되면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
- 각 View의 독립성을 유지하고 계층별 View에 영향을 주지 않고 변경이 가능한다.
- 단계별 스키마에 따라 데이터 정의어와 데이터 조작어가 다름을 제공한다.
2-5-2. 데이터베이스의 3단계 구조
데이터 독립성을 가지는 모델은 다음과 같이 외부단계, 개념적단계, 내부적 단계로 서로 간섭되지 않는 모델을 제시한다.
- 외부 단계(외부 스키마, External Schema)
View 단계 여러 개의 사용자 관점으로 구성한다. 즉, 개개인의 사용자 단계로서 개개인의 사용자가 보는 개인적인 DB 스키마이다. 이에 따라 DB의 개개인 사용자나 응용 프로그래머가 접근하는 DB를 정의한다.
- 개념적 단계(개념 스키마, Conceptual Schema)
개념단계 하나의 개념적 스키마로 구성되는 모든 사용자 관점을 통합한 조직 전체의 DB를 기술하는 것이다. 모든 응용시스템들이나 사용자들이 필요로 하는 데이터를 통합한 조직 전체의 DB를 기술한 것으로 DB에 저장되는 데이터와 그들간의 관계를 표현하는 스키마이다.
- 내부적 단계(내부 스키마, Internal Schema)
DB가 물리적으로 저장된 형식을 나타낸다. 물리적 장치에서 데이터가 실제적으로 저장되는 방법을 표현한다.
2-6. 데이터 모델링의 3가지 요소
데이터 모델링을 구성하는 중요한 개념 3가지가 있는데 이것은 데이터 모델에 대한 이해의 근간이 되므로 반드시 기억할 필요가 있다.
1. 업무가 관여하는 어떤 것(Things)
2. 어떤 것이 가지는 성격(Attributes)
3. 업무가 관여하는 어떤 것 간의 관계(Relationship)
위 3가지는 데이터 모델링을 완성해가는 개념이며 결국 우리가 앞에서 공부했던 엔터티, 속성, 관계를 나타낸다.
2-7. 좋은 데이터 모델의 요소
그럼, 데이터 모델링을 통해 도출된 데이터 모델에 대한 객관적 평가는 어떠한 것을 중심으로 진행될까? 일반적으로 좋은 데이터 모델을 평가하기 위해서는 다음과 같은 요소들을 고려한다.
2-7-1. 완전성(Completeness)
업무에서 필요로 하는 모든 데이터가 데이터 모델에 정의되어 있는지를 확인하는 요소이다. 사실상 데이터 모델을 검증하기 위해 제일 먼저 확인이 이루어져야 하는 요소이다.
2-7-2. 중복배제(Non-Redundancy)
하나의 데이터베이스에 동일한 사실은 반드시 한번만 기록되어야 한다. 데이터에 대한 중복이 있다면 필요하지 않은 데이터에 대한 관리가 필요하다. 즉 저장공간의 낭비, 데이터 유지를 위한 비용 지불, 데이터의 일관성을 유지하기 위한 추가적인 조치 등이 대표적으로 낭비되는 비용이다.
2-7-3. 업무규칙(Business Rules)
데이터 모델링 과정을 통해 도출되고 규명되는 수많은 업무규칙은 데이터 모델에 잘 표현되어야 하고, 이를 해당 데이터 모델을 활용하는 모든 사용자가 공유할 수 있도록 제공되어야 한다. 특히, 데이터 아키텍처에서 언급되는 논리 데이터 모델에서 이러한 요소들이 포함되어야 하는 점은 매우 중요하다.
2-7-4. 데이터 재사용(Data Reusability)
데이터의 통합성과 독립성에 대해서 충분히 고려가 된다면 데이터 재사용성을 향상시킬 수 있다. 데이터 재사용성을 높임으로써 시스템 유지보수 뿐 아니라, 신규 시스템을 구축하는 데에 있어서도 매우 유리하게 작용될 수 있다.
2-7-5. 의사소통(Communication)
데이터 모델은 대상으로 하는 업무를 데이터 관점에서 분석하고 이를 설계하여 나오는 최종 산출물이다. 그리고 그 과정에서는 자연스럽게 많은 업무 규칙들이 도출된다. 그러한 업무 규칙들에 대해서 해당 정보시스템을 운용, 관리하는 많은 관련자들이 설계자가 정의한 업무 규칙들을 동일한 의미로 받아들이고 정보시스템을 활용할 수 있도록 의사소통 역할을 하는 것이 데이터 모델이다.
2-7-6. 통합성(Integration)
물론 성능 등의 부가적인 목적때문에 의도적으로 데이터를 중복시키는 경우는 존재할 수 있다. 그러한 경우가 아니라면 동일한 데이터가 다양한 곳에 존재하는 것은 또 하나의 낭비일 수 있다. 따라서 데이터 모델링을 진행하는 과정에 있어 동일한 성격의 데이터를 한 번만 정의함으로써 공유 데이터에 대한 구조를 여러 업무 영역에서 공동으로 사용하기 용이하도록 해야 한다.
Q. 데이터 모델링 관련 문제
1. 다음 설명 중 데이터 모델링이 필요한 주요 이유로 가장 부적절한 것은?
⑴ 업무정보를 구성하는 기초가 되는 정보들에 대해 일정한 표기법에 의해 표현한다.
⑵ 분석된 모델을 가지고 데이터베이스를 생성하여 개발 및 데이터관리에 사용하기 위한 것이다.
⑶ 데이터베이스를 구축하기 위한 용도를 위해 데이터모델링을 수행하고 업무에 대한 설명은 별도의 표기법을 이용한다.
⑷ 데이터모델링 자체로서 업무의 흐름을 설명하고 분석하는 부분에 의미를 가지고 있다.
2. 다음 중 ANSI-SPARC에서 정의한 3단계구조(three-level architecture)에서 아래 내용이 설명하는 스키마구조로 가장 적절한 것은?
- 모든 사용자 관점을 통합한 조직 전체 관점의 통합적 표현
- 모든 응용시스템들이나 사용자들이 필요로 하는 데이터를 통합한 조직 전체의 DB를 기술한 것으로 DB에 저장되는 데이터와 그들간의 관계를 표현하는 스키마
⑴ 외부스키마(External Schema)
⑵ 개념스키마(Conceptual Schema)
⑶ 내부스키마(Internal Schema)
⑷ 논리스키마(Logical Schema)
추가적으로 궁금한 사항이나 잘 이해가 되지 않는 부분들은 이메일 또는 카카오톡으로 연락주시면 답변드리겠습니다.
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