DB - SQL의 정의 및 특성
데이터베이스 스터디 2주차에서 학습하고 정리한 내용입니다.
1. SQL이란?
SQL은 구조화 질의어(Structured Query Language)의 약자로 데이터베이스의 데이터를 조작하고 검색할 수 있는 언어이다. 관계 대수와 관계 해석 이 두 가지 수학적 쿼리 언어가 이 SQL의 바탕이 된다. 관계 대수와 관계 해석의 장점을 적절히 가져오면서 추가적인 기능을 지원하여 현재의 SQL이 되었다.
관계 대수(Relational Algebra)
관계 대수는 절차적인 특성을 가진다. 관계 대수는 데이터를 ‘어떻게’ 가져오는 지에 대한 방법을 기술하고 있으며 다음과 같은 연산이 존재한다.
| 연산자 명 | 연산자 | 설명 |
|---|---|---|
| Selection | σ | 릴레이션에서 일부 튜플을 가져온다. |
| Projection | π | Projection 리스트에 없는 속성을 삭제한다(=원하는 속성만 확인한다). |
| Union | ∪ | 두 릴레이션의 튜플을 합하며 이때 중복된 튜플은 제거 |
| Cross-Product | × | 두 릴레이션의 튜플들로 조합할 수 있는 모든 경우를 출력한다. 이 결과로 생성된 튜플의 수는 두 릴레이션의 튜플 곱과 일치한다. |
| Set-difference | − | A-B에서 A에는 존재하지만 B에는 존재하지 않는 튜플을 출력한다. |
| Join | ⨝(세타 조인) | Cross-Product에 여러 제약 사항을 추가하여 구현한다. |
| Division | / | A/B에서 모든 B의 튜플 y에 대해 xy 튜플이 A에 존재하는 A의 튜플 x들을 반환 |
하지만 관계 대수는 정렬이 안되고 산술 연산을 할 수 없는 단점을 가지고 있다. 또한 데이터 베이스를 수정할 수 없다. SQL은 관계 대수의 개념을 가져오면서 이러한 관계 대수의 문제를 해결하였다.
관계 해석(Relational Calculus)
관계 해석은 관계 대수와 달리 비절차적이다. 또한 사용자가 어떻게 검색하는지에 대한 정의 없이 논리적 조건을 제시하면 결과를 반환해주는 선언적인 특성을 가진다. 이 Relational Calculus에서 Tuple을 값으로 가지면 Tuple Calculus가 된다. {t| t ∈ loan ∧ t[amount]>=10000} 이와 같이 찾고자 하는 Tuple의 논리적 조건(loan 릴레이션에서 값이 10000 이상인 튜플)만 명시하면 소프트웨어가 이와 일치하는 결과를 반환한다.
SQL이 다른 프로그래밍 언어와 다른 점은?
표준 SQL은 C와 Java와 같은 다른 프로그래밍 언어와 다르게 튜링 완전하지 않다. SQL은 if-else와 같은 조건 분기, for와 같은 loop 기능이 제한되어 있다. 또한 SQL은 메모리를 임의로 할당하고 사용할 수 없다.
튜링 완전한 언어가 되기 위해서는 메모리를 조작할 수 있고 조건 분기, Loop 등을 지원하여 모든 연산을 수행할 수 있어야 한다. Java와 C는 이를 수행할 수 있기 때문에 튜링 완전 언어이고 SQL은 이를 수행할 수 없기 때문에 튜링 완전하지 않은 언어이다.
SQL이 튜링 완전하지 않은 방식을 택함으로써 얻는 장점도 있다. 무한 루프가 없으므로 안정성 면에서 유리하며 선언적 특성을 채택하여 간결하고 직관적으로 사용할 수 있다.
2. SQL 실행 과정
세부 구현은 다를 수 있지만 많은 RDBMS는 MySQL과 비슷한 SQL 처리 과정을 거친다. MySQL SQL 처리 과정은 다음과 같다.
MySQL SQL 처리 과정
1. Parsing
Client가 작성한 SQL문이 MySQL에서 사용할 수 있는 문법을 따르는지 Parser가 확인한다. 이후 입력된 쿼리를 컴퓨터가 처리할 수 있도록 Parse Tree를 만든다.
2. PreProcessor
문법에 이상이 없다면 추가적인 검사를 수행한다, SQL을 테이블에서 수행할 수 있는지 확인하고 또한 SQL 문을 수행할 수 있는 권한이 Client에 있는지 확인한다.
3. Query Optimization
Query Optimizer는 Parse Tree를 어떻게 실행할 지 최적의 옵션을 찾는다. Optimizer 전략에는 CBO(Cost Based Optimizer), RBO(Rule Based Optimizer) 등이 있는데 MySQL은 CBO를 기본으로 한다. 여러 후보 계획에 대한 비용을 계산한 후 최적의 비용을 가지는 계획을 선택한다.
4. Query Execution
최적화된 실행 계획을 바탕으로 실제로 쿼리를 실행한다. Query Execution Engine이 이 역할을 수행하며 이 과정에서 실제 데이터를 보관하는 스토리지 엔진과 지속적으로 데이터를 교환한다.
5. Storage Engines
Handler API를 통해 Query Execution Engine과 통신하며 Query Execution Engine의 요청에 따라 데이터를 읽거나 쓴다.
6. 결과 반환
MySQL Server는 Query의 결과를 생성하고 Client에 데이터를 전달한다.
3. DML
데이터 조작어(Data Manipulation Language)의 약자로 데이터베이스에 저장된 데이터를 조회, 삽입, 수정, 삭제하는데 사용되는 SQL 명령어 집합이다. SELECT는 조회, INSERT는 삽입, UPDATE는 수정, DELETE는 테이블의 데이터를 삭제할 때 사용된다.
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INSERT INTO Student (sid, name, total_grade) VALUES
('1', 'Kim', 3.2),
('2', 'Lee', 3.8);
SELECT * FROM Student WHERE total_grade > 3.5 ORDER BY total_grade DESC;
UPDATE Student SET total_grade = 4.0 WHERE name = 'Kim';
DELETE FROM Student WHERE name = 'Lee';
4. DDL
데이터 정의어(Data Definition Language)의 약자로 테이블, 인덱스 등 데이터베이스 객체의 구조를 정의하고 관리하는 명령어 집합이다. CREATE는 데이터베이스 객체를 생성, SHOW는 데이터베이스 객체의 정보 확인, ALTER는 데이터베이스 객체의 수정, DROP/TRUNCATE는 데이터베이스 객체를 삭제할 때 사용된다. DROP은 객체 내부의 데이터와 구조에 대한 정보까지 완전히 삭제하지만 TRUNCATE는 데이터만 삭제하고 객체의 구조에 대한 정보는 유지된다.
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CREATE TABLE Student (
sid INT PRIMARY KEY,
name VARCHAR(50) NOT NULL,
total_grade DOUBLE DEFAULT 0
)
SHOW TABLE STATUS LIKE 'Student';
ALTER TABLE Student ADD COLUMN old TINYINT UNSIGNED NOT NULL;
DROP TABLE STUDENT;
TRUNCATE TABLE STUDENT;
5. DCL
데이터 제어어(Data Control Language)의 약자로 데이터의 접근과 사용을 제어하는데 사용되는 명령어 집합이다. 주로 데이터베이스 시스템의 보안과 관련된 작업을 수행하며 사용자에게 권한을 부여하거나 취소하는 데 사용한다. GRANT는 데이터베이스 객체에 대한 특정 권한을 사용자에게 부여할 때, REVOKE는 권한을 취소할 때 사용한다.
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GRANT ALL PRIVILEGES ON Student To 'admin'@'host';
FLUSH PRIVILEGES;
REVOKE ALL PRIVILEGES FROM Student To 'admin'@'host';
6. TCL
트랜잭션 제어어(Transaction Control Language)의 약자로 트랜잭션의 시작, 종료, 제어를 위해 사용되는 명령어 집합이다. START TRANSACTION으로 트랜잭션을 시작할 수 있고 COMMIT은 트랜잭션을 커밋할 때, ROLLBACK은 트랜잭션을 취소할 때, SAVEPOINT는 트랜잭션 내 특정 지점을 저장할 때 사용한다.
Reference
홍봉희 편저, 데이터베이스 SQL 프로그래밍 ‘MySQL 실습’, 부산대학교출판문화원
1
https://www.cs.cornell.edu/projects/btr/bioinformaticsschool/slides/gehrke.pdf
https://www.geeksforgeeks.org/tuple-relational-calculus-trc-in-dbms/
https://www.quora.com/Why-is-SQL-not-Turing-complete