高级数据库技术(国家林业和草原局研究生教育十四五规划教材)

本教材站在云计算与大 数据时代的角度，重新审视 与组织数据库系统的相关知 识结构，重点介绍当今主流 数据库系统的体系结构与运 行原理，特别是对数据库技 术的一些高级专题（如数据 库模型与存储引擎、并发控 制与锁机制、索引与优化、 分布式与云原生、安全性与 可靠性等）进行理论与实践 相结合的阐述；同时也系统 地介绍了数据库应用系统的 实现过程，包括数据库设计 、开发与运维等。经典案例 与项目实践的讲解贯穿全书 。 本教材可作为高校计算 机及相关专业研究生或本科 高年级有关数据库课程的教 材，也可作为数据库工程师 、DBA及数据库开发爱好者 的提升自学材料。

前言 第1部分 大数据时代的数据库系统 第1章 数据库概述 1.1 数据库及数据库系统 1.1.1 数据库系统的概念 1.1.2 数据库系统的环境构成 1.1.3 数据库领域的核心问题 1.1.4 数据库技术的两大创意 1.2 数据库系统的发展历史与趋势 1.2.1 数据库系统的4个发展阶段 1.2.2 经典案例：阿里巴巴集团数据库架构的演变 1.2.3 大数据时代数据库系统的特点与趋势 1.2.4 经典案例：Google公司4篇著名论文对现代数据库技术的影响 1.3 关系数据库的发展与主导地位 1.3.1 关系数据模型的提出与RDBMS的诞生 1.3.2 关系数据库的发展 1.3.3 经典案例：Oracle数据库与MySQL数据库的版本演变 1.4 主流DBMS的现状分析 1.4.1 当前主流数据库引擎的排名与趋势 1.4.2 国内主流数据库现状分析 思考题 第2章 数据库模型与逻辑数据结构 2.1 数据模型与数据库系统内部结构概览 2.1.1 数据模型及其三层建模方法 2.1.2 数据库系统的三级模式 2.1.3 数据模型与数据库系统组件的逻辑关系 2.2 数据的结构化程度及其逻辑结构 2.2.1 数据的结构化分类 2.2.2 常见的3种逻辑结构 2.3 数据库模型分类及其逻辑数据结构 2.3.1 数据库模型的分类 2.3.2 关系模型及其逻辑数据结构 2.3.3 文档模型及其逻辑数据结构 2.3.4 图模型及其逻辑数据结构 思考题 第3章 存储引擎与存储结构 3.1 存储引擎在DBMS中的作用 3.2 存储引擎的分类 3.2.1 DBMS及其存储引擎的分类 3.2.2 关系数据库的存储模型与引擎 3.2.3 非关系数据库的存储模型与引擎 3.3 数据存储结构 3.3.1 基于日志结构的不可变存储结构 3.3.2 基于B树索引的可变存储结构 思考题 第4章 关系数据库系统结构 4.1 系统结构概述 4.1.1 实例结构 4.1.2 存储结构 4.2 经典案例：Oracle数据库系统结构 4.2.1 Oracle数据库的实例结构 4.2.2 Oracle数据库的存储结构 4.2.3 Oracle数据库服务器的启动与关闭 4.3 经典案例：MySQL数据库系统结构 4.3.1 数据库实例 4.3.2 InnoDB存储引擎及其存储结构 思考题 第5章 关系数据库运行原理 5.1 SQL语句的执行原理 5.1.1 SQL语句的解析 5.1.2 查询计划的执行 5.1.3 SQL并发执行的资源共享 5.1.4 表连接 5.2 索引与SQL优化原理 5.2.1 索引 5.2.2 SQL查询编译与优化原理 5.3 事务与并发控制 5.3.1 事务与日志 5.3.2 数据库并发控制 5.3.3 事务隔离级别 5.3.4 经典案例：MySQL数据库的锁机制 思考题 第6章 分布式数据库 6.1 分布式技术 6.1.1 并发、并行与分布式计算 6.1.2 分布式与集群 6.1.3 分布式计算与分布式存储 6.1.4 分布式系统 6.1.5 分布式系统设计的权衡 6.1.6 分布式共识与Paxos协议 6.2 分布式数据库概述 6.2.1 大数据时代对分布式数据库的需求 6.2.2 数据库的存储架构 6.2.3 数据复制 6.2.4 数据分区与分片 6.2.5 分布式数据库、并行数据库与数据库集群 6.2.6 经典案例：Oracle RAC集群与MySQL数据库集群 6.3 分布式事务处理 6.3.1 分布式事务处理解决方案 6.3.2 两阶段提交协议 6.3.3 三阶段提交协议 6.3.4 TCC模式 6.3.5 可靠事件模式 6.3.6 经典案例：传统RDBMS通过2PC实现分布式事务处理 6.4 DDBMS及其国产化 6.4.1 DDBMS的发展与分类 6.4.2 DDBMS的国产化 6.4.3 经典案例：OceanBase分布式数据库 6.4.4 经典案例：TDSOL分布式数据库 思考题 第7章 云原生数据库 7.1 云计算与云数据库 7.1.1 云计算及其分类 7.1.2 云数据库及其特点 7.1.3 经典案例：AWS云数据库发展的关键节点 7.2 云原生数据库梁构 7.2.1 本地部署或云托管的传统数据库 7.2.2 云原生技术 7.2.3 云原生数据库架构及其特征 7.3 经典案例：PolarDB云原生数据库 7.3.1 基于共享存储（Share Storage）的系统架构 7.3.2 分区锁系统（Partitioned Lock System） 7.3.3 无服务器架构 思考题 第2部分 数据库应用 第8章 数据库设计 8.1 数据库设计概述 8.1.1 数据库应用开发过程 8.1.2 数据库模式、元数据与数据字典 8.1.3 数据库设计 8.1.4 数据库设计与应用系统设计的协调 8