Database System Concepts（資料庫系統概念）

引用

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

章節概要

第7版有9個部分共26章印刷章節，一個給出完整大學綱要的附錄，以及6個僅在作者網站上提供的補充章節（第27–32章）。印刷章節約1280頁。作者說，本書面向大學部三、四年級或研究生一年級的第一門資料庫課程，同時包含可用作補充材料或進階課程導引的進階內容。書中大部分例子取自同一個貫穿始終的例子：一所有系、教師、學生和課程的大學。

第1章：引言

兼具引導性、歷史性和說明性的一章。它闡述資料庫系統的目的、資料觀點、資料庫語言與設計、資料庫引擎、應用架構、使用者與管理員，並簡述歷史。大學這個例子也在此引入。

第2–5章：關聯式模型介紹；SQL介紹；中級SQL；進階SQL

第一部分。第2章講關聯式資料庫的結構、綱要、鍵、綱要圖和關聯代數；關聯代數在本版中被移到了這一章。第3章到第5章講SQL：基本查詢、集合運算、空值、聚合和巢狀子查詢（第3章）；連線、檢視、交易、完整性約束、資料型別、索引和授權（第4章）；從程式語言存取、函式和過程、觸發器、遞迴查詢和進階聚合（第5章）。

第6–7章：使用E-R模型的資料庫設計；關聯式資料庫設計

第二部分。第6章介紹設計過程和實體—聯絡模型，包括映射基數、轉換為關聯綱要、擴充E-R特性和其他表示法（UML類別圖也在其中）。第7章講函數相依、分解和正規形，附有分解演算法以及一節時態資料建模。作者說，正規化先從直觀的角度引入，因此可以略去更完整的相依理論而不影響連貫性。

第8–9章：複雜資料型別；應用開發

第三部分。第8章處理半結構化資料（XML、JSON、RDF和SPARQL）、物件導向、文字資料和空間資料。第9章講Web基礎、Servlet、其他伺服器端框架、客戶端程式碼與Web服務、應用架構與效能，以及應用安全與加密。

第10–11章：大資料；資料分析

第四部分。第10章從使用者的角度講大資料儲存系統、MapReduce正規形、Hadoop和Spark、流資料和圖資料庫。第11章講資料倉儲、線上分析處理和資料探勘。

第12–14章：實體儲存系統；資料儲存結構；索引

第五部分。講儲存介質（包括快閃記憶體和RAID）、檔案與記錄的組織、緩衝區、列式儲存和記憶體資料庫中的儲存，以及用有序索引、B+樹、雜湊、寫最佳化結構、點陣圖索引和空間索引做索引。

第15–16章：查詢處理；查詢最佳化

第六部分。第15章講查詢代價的度量，以及選擇、排序和連線的演算法。第16章講關係表示式的變換、統計資訊的估計、評估計劃的選擇和實體化檢視。

第17–19章：交易；併發控制；復原系統

第七部分。第17章引入交易、隔離和可序列化。第18章講基於鎖、基於時間戳、基於驗證和多版本的協定以及快照隔離。第19章講日誌與復原，直到ARIES。序言說，只想概覽交易的課程可以單獨使用第17章。

第20–23章：資料庫系統架構；並行與分散式儲存；並行與分散式查詢處理；並行與分散式交易處理

第八部分。序言稱這一部分在本版中被徹底改寫。內容從架構和雲服務開始，經過分區、複製和分散式檔案系統，直到並行與分散式查詢處理、提交協定和共識。

第24–26章：進階索引技術；進階應用開發；區塊鏈資料庫

第九部分。第24章回到索引（布隆過濾器、LSM樹、點陣圖索引、空間索引、雜湊），第25章講效能調優與基準測試。第26章是新增的一章，從資料庫的角度講區塊鏈。

線上章節（第27–32章）

形式化關聯式查詢語言、進階關聯式資料庫設計、基於物件的資料庫、XML、資訊檢索和PostgreSQL，提供線上版本。

核心概念

第1–9章：模型、語言與設計

• 關聯式模型與關聯代數：SQL背後的資料模型和形式化運算。
• SQL：用三章講授，從查詢到觸發器和遞迴。
• E-R建模與正規化：從需求到綱要的設計。
• 半結構化資料（XML、JSON、RDF/SPARQL）與Web應用開發。

第10–26章：大資料、內部實作與分散式

• MapReduce、Hadoop和Spark，資料倉儲，OLAP。
• B+樹與LSM樹：適應不同負載的索引結構。
• 查詢最佳化：變換規則與代價估計。
• ACID交易、可序列化與快照隔離。
• ARIES復原。
• 共識與提交協定（兩階段提交、Paxos、Raft）和 CAP定理。
• 區塊鏈資料庫。

評析

優點

• 貫穿全書的同一個例子。 大學資料庫反覆出現，附錄A和網站提供了完整的綱要，以及建立並填充它的SQL 陳述式，讀者可以執行書中的查詢。
• 有意以直觀取代形式化。 序言說重要的結果都會講到，但略去形式化證明，轉而用圖和例子說明結果為什麼成立。
• 模組化的結構。 序言指出了課程可以提前停下的地方（例如第7章最初的正規化部分，以及只講交易時單獨使用第17章）。
• 免費的配套材料。 作者的網站提供投影片、練習題解答、範例表、實驗練習和可在瀏覽器中執行的SQL工具，另有6個線上章節和一份PostgreSQL概述。
• 涵蓋當前的系統。 固態硬碟、列式儲存、記憶體資料庫、大資料系統和區塊鏈都各有專門講述。

侷限

• 篇幅。 印刷版9個部分約1280頁，遠遠超出一門課程能涵蓋的範圍；教師和自學者都需要取捨。
• 理論有意從簡。 形式化證明留給研究論文和進階教材。第6版中詳細印刷的關聯演算、基於物件的資料庫、XML和資訊檢索，現在或被簡化，或移到了線上章節。
• 與具體技術相關的部分容易過時。 第9章點名了具體工具（Servlet、JSP、Django、Hibernate），大資料章節點名了Hadoop和Spark，所以工具變化後這些部分需要補充。

在課程中的定位

Database System Concepts 是一本涵蓋範圍廣的核心教材，從SQL和設計一直講到內部實作和分散式系統，自然適合作為第一門資料庫課程的主教材。Elmasri 和 Navathe 的 Fundamentals of Database Systems 是書單中另一本綜合性教材，更強調概念建模；兩者重疊很多，都可以作主教材。

Hernandez 的 Database Design for Mere Mortals 是一套通俗的關聯式設計方法，適合需要先學設計、後學理論的讀者。Ramakrishnan 和 Gehrke 的 Database Management Systems 是與本書同一領域的基礎性指南，Coronel 和 Morris 的 Database Systems 面向商業導向的設計、實作與管理。Gray 和 Reuter 的 Transaction Processing 是第17–19章內容的更深入的參考書。

如何使用本書

對先修知識的要求不高。序言假定讀者熟悉基本資料結構、電腦組織和一種高階程式語言，如 Java、C、C++ 或 Python。

一個學期的實用安排：

• 核心： 第1章；第2–5章（關聯式模型與SQL）；第6–7章（設計）。
• 內部實作： 第12–14章（儲存與索引），然後是第15–16章（查詢處理），再是第17章以及第18–19章的部分內容（交易）。
• 選讀： 應用與大資料看第8–11章；進階課程看第20–23章和第24–26章。

作者強烈推薦加入動手實作的環節。從網站上建立大學綱要，對照公布的答案做練習題，並在閱讀的同時，在真實的資料庫系統上執行實驗材料。