数据库系统及其实现

研究生课程教学大纲、教学周历

课程序号：                                院（系）：计算机科学与工程系

一、教学目标和要求：

本课程属于计算机应用专业的专业课，使学生在掌握了数据库系统的基本原理及数据库设计、应用的基本方法后，进一步了解和掌握数据库管理系统(DBMS)的基本概念、基本原理及内部实现方法。对于数据库方向的研究生来说，这是他们今后对数据库技术进行深入研究、阅读专业文献的基础，对于其它方向、甚至是非计算机专业的研究生来说，了解DBMS的内部实现机制将有助于他们在实践中更好地使用数据库，完成自己的专业研究。

学生通过本课程的学习应达到一下目标：

1. 对DBMS的实现技术有全面的了解，为深入研究数据库技术打下基础。

2. 掌握DBMS中的各种经典算法及数据结构，并能在自己的研究开发工作中，遇到类似需求时灵活运用。特别是分布式数据库系统中的一些分布式编程技术。

3. 对数据库应用中遇到的问题，能够根据对DBMS内部实现的了解，迅速找到真正原因。

4. 通过本课程的学习，能够在实践中更好、更有效地使用数据库解决实际问题，充分发挥所用DBMS的特性。

二、教学大纲（含章节目录）：

课程的主要内容是各种DBMS的内部实现技术，包括DBMS的体系结构、对数据模型的支持、内核的实现技术等。不管什么样的数据库系统，其数据库管理系统的核心一般都含有以下几个部分：语法分析、查询处理、目录管理、并发控制、恢复机制、物理存储管理等，只不过不同类型的DBMS这几部分具体的实现方法及考虑问题的侧重点不同而已。本课程的主要内容就是介绍DBMS核心所涉及的基本概念、基本原理及其实现方法。

由于关系模型是主流的数据模型，而分布式数据库管理系统在并发控制、恢复等方面包容了集中式数据库管理系统的所有内容，所以本课程将以关系型分布式数据库管理系统为主线，介绍数据库管理系统中各部分的实现。并适当补充一些其它类型数据库系统的内容，包括联邦式数据库系统、并行数据库系统、面向对象的数据库系统等。根据技术的不断发展，还可随时补充新的内容。

第一章 概述

数据库系统的发展、分类、及主要研究内容；分布式数据库系统。

第二章 DBMS体系结构

DBMS的组成及进程结构；分布式数据库系统的体系结构。

1.      DBMS核心组成

2.      DBMS进程结构

3.      DDBMS核心组成

4.      DDBMS进程结构

第三章 数据库访问管理

物理文件组织、索引及存取原语。

1.      访问类型

2.      文件组织

3.      索引技术

4.      存取原语

4.数据分布

数据的分割及分布、分布式数据库设计、联邦式数据库设计、并行数据库设计、数据目录及其分布。

1.      数据分布策略

2.      数据分布的单位

Ø       水平分割

Ø       导出分割

Ø       垂直分割

Ø       混合分割

3.      不同级别的透明性

4.      数据分布带来的问题

5.      分布式数据库设计

Ø       分布式数据库

Ø       联邦式数据库

Ø       并行数据库

6.      数据目录的分布

第五章 查询优化

基本问题；查询优化技术；分布式数据库系统的查询处理；其它类型DBMS的查询处理。

1.      DDBMS查询处理概述

2.      查询的等价变换

3.      将Global Queries转换成Fragment Queries

4.      将查询分解成子查询

5.      二元操作执行的优化

6.      用semi_join实现join操作

7.      Direct Join

8.      Distributed Grouping & Aggregate Function Evaluation

9.      更新策略

第六章 恢复机制

基本问题；更新策略及恢复技术；分布式数据库系统的恢复机制。

1.      概述

2.      Transaction(事务)

3.      SomeStructures to support recovery

4.      commitRule and Log Ahead Rule

5.      Updateout of Place

6.      RecoveryProcedures

7.      SystemStart Up

8.      TwoPhase Commit

第七章 并发控制

基本问题；并发控制技术；分布式数据库系统的并发控制；其它类型DBMS 的并发控制。

1.      概述

2.      LockProtocol

3.      DeadLock & Live Lock

4.      LockGranularities

Ø       多级封锁

Ø       意向锁

Ø       面向对象数据库管理系统中的封锁机制

5.      TheConcept of Time Stamp Technique

6.      乐观并发控制技术

7.      Lockingin DDBMS

8.      TimeStamp Technique in DDBMS

三、教学周历：