数据库系统概念（原书第7版）

重点内容

• •数据库系统 vs 文件系统：数据独立性、高效数据访问、完整性、安全性
• •数据模型的演进：层次模型 → 网状模型 → 关系模型 → 对象模型
• •数据库体系结构：物理层、逻辑层、视图层
• •数据库语言：DDL（数据定义）、DML（数据操纵）、DCL（数据控制）
• •数据库管理员（DBA）的职责：模式定义、存储结构、授权、性能调优

重点内容

• •关系的基本性质：无序性、无重复元组
• •选择运算（σ）：按条件筛选行
• •投影运算（π）：按列提取属性
• •连接运算（⋈）：自然连接、θ连接、外连接
• •关系代数表达式的等价变换

重点内容

• •SELECT-FROM-WHERE 基本查询结构
• •JOIN 操作：内连接、左外连接、右外连接、全外连接
• •子查询：嵌套查询、相关子查询、EXISTS
• •聚合函数：COUNT、SUM、AVG、MAX、MIN
• •GROUP BY 和 HAVING 子句
• •视图的定义和用途

代码示例

-- 查询选修了数据库课程的学生
SELECT S.name
FROM Student S
WHERE S.id IN (
    SELECT T.student_id
    FROM Takes T
    WHERE T.course_id = 'CS101'
)

-- 查询每个系的学生人数
SELECT dept_name, COUNT(*) AS student_count
FROM Student
GROUP BY dept_name
HAVING COUNT(*) > 10

重点内容

• •外连接和全外连接
• •视图的可更新性
• •事务的 ACID 属性
• •完整性约束：主键、外键、CHECK、NOT NULL
• •索引的作用和类型

重点内容

• •递归查询：WITH RECURSIVE
• •OLAP 操作：ROLLUP、CUBE、GROUPING SETS
• •窗口函数：ROW_NUMBER、RANK、LAG、LEAD
• •XML 和 JSON 数据的查询
• •SQL 标准的新特性

代码示例

-- 递归查询：查找课程先修关系
WITH RECURSIVE prereq(course_id, prereq_id) AS (
    SELECT course_id, prereq_id
    FROM prereq
    UNION ALL
    SELECT p.course_id, pr.prereq_id
    FROM prereq p JOIN prereq pr ON p.prereq_id = pr.course_id
)
SELECT * FROM prereq

重点内容

• •实体集和属性：简单属性、复合属性、多值属性、派生属性
• •联系集和联系类型：一对一、一对多、多对多
• •弱实体集：依赖于强实体集存在
• •ER 图到关系模式的转换
• •ER 模型的设计决策

重点内容

• •函数依赖：完全依赖、部分依赖、传递依赖
• •第一范式（1NF）：原子性
• •第二范式（2NF）：消除部分依赖
• •第三范式（3NF）：消除传递依赖
• •BCNF：每个非平凡函数依赖的左部都包含候选键
• •多值依赖和第四范式（4NF）
• •反规范化的权衡

重点内容

• •JDBC 和 ODBC 数据库接口
• •ORM（对象关系映射）框架
• •三层架构：表示层、业务逻辑层、数据访问层
• •SQL 注入攻击与防御
• •数据库安全：认证、授权、审计

重点内容

• •磁盘的物理结构：磁道、扇区、柱面
• •文件组织：堆文件、顺序文件、散列文件
• •缓冲池管理：LRU 替换策略
• •RAID 技术：RAID 0/1/5/10
• •磁盘调度算法

重点内容

• •B+ 树索引：结构、插入、删除、分裂
• •散列索引：静态散列、动态散列、可扩展散列
• •位图索引：适用于低基数属性
• •多级索引：前缀压缩、非键属性
• •索引选择策略

重点内容

• •查询解析：语法分析、语义分析、视图展开
• •查询优化：等价变换、代价估算、选择连接顺序
• •执行计划：选择、投影、连接、排序的实现
• •基于代价的优化 vs 基于规则的优化
• •查询执行引擎：火山模型、数据流模型

重点内容

• •事务的 ACID 属性：原子性、一致性、隔离性、持久性
• •事务状态：活跃、部分提交、提交、失败、中止
• •并发执行的问题：丢失更新、脏读、不可重复读、幻读
• •可串行化：冲突可串行化、视图可串行化
• •事务隔离级别

重点内容

• •封锁协议：共享锁、排他锁
• •两阶段封锁（2PL）：保证可串行化
• •死锁处理：预防、检测、恢复
• •时间戳排序协议
• •多版本并发控制（MVCC）
• •乐观并发控制

重点内容

• •日志技术：deferred update、immediate update
• •检查点：减少恢复时间
• •ARIES 恢复算法：分析、重做、撤销三阶段
• •影子分页技术
• •数据库备份与恢复

重点内容

• •数据分片：水平分片、垂直分片
• •数据复制：主从复制、多主复制
• •分布式事务：两阶段提交（2PC）
• •分布式查询处理
• •分布式一致性

重点内容

• •键值存储：Redis、Memcached
• •文档数据库：MongoDB、CouchDB
• •列族存储：Cassandra、HBase
• •图数据库：Neo4j、JanusGraph
• •NoSQL vs 关系数据库的权衡
• •BASE 特性 vs ACID 特性

重点内容

• •MapReduce 编程模型
• •Spark：内存计算、RDD
• •数据仓库：星型模式、雪花模式
• •OLAP 操作：上卷、下钻、切片、切块
• •数据湖与湖仓一体