Database System Concepts（数据库系统概念）

引用

Silberschatz, A., Korth, H. F., & Sudarshan, S. (2020). Database System Concepts (7th ed.). McGraw Hill.

章节概要

第7版有9个部分共26章印刷章节，一个给出完整大学模式的附录，以及6个仅在作者网站上提供的补充章节（第27–32章）。印刷章节约1280页。作者说，本书面向本科三、四年级或研究生一年级的第一门数据库课程，同时包含可用作补充材料或高级课程导引的进阶内容。书中大部分例子取自同一个贯穿始终的例子：一所有系、教师、学生和课程的大学。

第1章：引言

兼具引导性、历史性和说明性的一章。它阐述数据库系统的目的、数据视图、数据库语言与设计、数据库引擎、应用体系结构、用户与管理员，并简述历史。大学这个例子也在此引入。

第2–5章：关系模型介绍；SQL介绍；中级SQL；高级SQL

第一部分。第2章讲关系数据库的结构、模式、键、模式图和关系代数；关系代数在本版中被移到了这一章。第3章到第5章讲SQL：基本查询、集合运算、空值、聚集和嵌套子查询（第3章）；连接、视图、事务、完整性约束、数据类型、索引和授权（第4章）；从程序设计语言访问、函数和过程、触发器、递归查询和高级聚集（第5章）。

第6–7章：使用E-R模型的数据库设计；关系数据库设计

第二部分。第6章介绍设计过程和实体—联系模型，包括映射基数、转换为关系模式、扩展E-R特性和其他表示法（UML类图也在其中）。第7章讲函数依赖、分解和范式，附有分解算法以及一节时态数据建模。作者说，规范化先从直观的角度引入，因此可以略去更完整的依赖理论而不影响连贯性。

第8–9章：复杂数据类型；应用开发

第三部分。第8章处理半结构化数据（XML、JSON、RDF和SPARQL）、面向对象、文本数据和空间数据。第9章讲Web基础、Servlet、其他服务器端框架、客户端代码与Web服务、应用体系结构与性能，以及应用安全与加密。

第10–11章：大数据；数据分析

第四部分。第10章从用户的角度讲大数据存储系统、MapReduce范式、Hadoop和Spark、流数据和图数据库。第11章讲数据仓库、联机分析处理和数据挖掘。

第12–14章：物理存储系统；数据存储结构；索引

第五部分。讲存储介质（包括闪存和RAID）、文件与记录的组织、缓冲区、列式存储和内存数据库中的存储，以及用有序索引、B+树、散列、写优化结构、位图索引和空间索引做索引。

第15–16章：查询处理；查询优化

第六部分。第15章讲查询代价的度量，以及选择、排序和连接的算法。第16章讲关系表达式的变换、统计信息的估计、评估计划的选择和物化视图。

第17–19章：事务；并发控制；恢复系统

第七部分。第17章引入事务、隔离和可串行化。第18章讲基于锁、基于时间戳、基于验证和多版本的协议以及快照隔离。第19章讲日志与恢复，直到ARIES。序言说，只想概览事务的课程可以单独使用第17章。

第20–23章：数据库系统体系结构；并行与分布式存储；并行与分布式查询处理；并行与分布式事务处理

第八部分。序言称这一部分在本版中被彻底改写。内容从体系结构和云服务开始，经过分区、复制和分布式文件系统，直到并行与分布式查询处理、提交协议和共识。

第24–26章：高级索引技术；高级应用开发；区块链数据库

第九部分。第24章回到索引（布隆过滤器、LSM树、位图索引、空间索引、散列），第25章讲性能调优与基准测试。第26章是新增的一章，从数据库的角度讲区块链。

在线章节（第27–32章）

形式化关系查询语言、高级关系数据库设计、基于对象的数据库、XML、信息检索和PostgreSQL，提供在线版本。

核心概念

第1–9章：模型、语言与设计

• 关系模型与关系代数：SQL背后的数据模型和形式化运算。
• SQL：用三章讲授，从查询到触发器和递归。
• E-R建模与规范化：从需求到模式的设计。
• 半结构化数据（XML、JSON、RDF/SPARQL）与Web应用开发。

第10–26章：大数据、内部实现与分布式

• MapReduce、Hadoop和Spark，数据仓库，OLAP。
• B+树与LSM树：适应不同负载的索引结构。
• 查询优化：变换规则与代价估计。
• ACID事务、可串行化与快照隔离。
• ARIES恢复。
• 共识与提交协议（两阶段提交、Paxos、Raft）和 CAP定理。
• 区块链数据库。

评析

优点

• 贯穿全书的同一个例子。 大学数据库反复出现，附录A和网站提供了完整的模式，以及创建并填充它的SQL语句，读者可以运行书中的查询。
• 有意以直观取代形式化。 序言说重要的结果都会讲到，但略去形式化证明，转而用图和例子说明结果为什么成立。
• 模块化的结构。 序言指出了课程可以提前停下的地方（例如第7章最初的规范化部分，以及只讲事务时单独使用第17章）。
• 免费的配套材料。 作者的网站提供幻灯片、练习题解答、示例表、实验练习和可在浏览器中运行的SQL工具，另有6个在线章节和一份PostgreSQL概述。
• 涵盖当前的系统。 固态硬盘、列式存储、内存数据库、大数据系统和区块链都各有专门讲述。

局限

• 篇幅。 印刷版9个部分约1280页，远远超出一门课程能涵盖的范围；教师和自学者都需要取舍。
• 理论有意从简。 形式化证明留给研究论文和高级教材。第6版中详细印刷的关系演算、基于对象的数据库、XML和信息检索，现在或被简化，或移到了在线章节。
• 与具体技术相关的部分容易过时。 第9章点名了具体工具（Servlet、JSP、Django、Hibernate），大数据章节点名了Hadoop和Spark，所以工具变化后这些部分需要补充。

在课程中的定位

Database System Concepts 是一本覆盖面广的核心教材，从SQL和设计一直讲到内部实现和分布式系统，自然适合作为第一门数据库课程的主教材。Elmasri 和 Navathe 的 Fundamentals of Database Systems 是书单中另一本综合性教材，更强调概念建模；两者重叠很多，都可以作主教材。

Hernandez 的 Database Design for Mere Mortals 是一套通俗的关系设计方法，适合需要先学设计、后学理论的读者。Ramakrishnan 和 Gehrke 的 Database Management Systems 是与本书同一领域的基础性指南，Coronel 和 Morris 的 Database Systems 面向商业导向的设计、实现与管理。Gray 和 Reuter 的 Transaction Processing 是第17–19章内容的更深入的参考书。

如何使用本书

对先修知识的要求不高。序言假定读者熟悉基本数据结构、计算机组成和一种高级程序设计语言，如 Java、C、C++ 或 Python。

一个学期的实用安排：

• 核心： 第1章；第2–5章（关系模型与SQL）；第6–7章（设计）。
• 内部实现： 第12–14章（存储与索引），然后是第15–16章（查询处理），再是第17章以及第18–19章的部分内容（事务）。
• 选读： 应用与大数据看第8–11章；高级课程看第20–23章和第24–26章。

作者强烈推荐加入动手实践的环节。从网站上建立大学模式，对照公布的答案做练习题，并在阅读的同时，在真实的数据库系统上运行实验材料。