CS自学指南-数据库系统
UCB CS186: Introduction to Database System
课程简介
- 所属大学：UC Berkeley
- 先修要求：CS61A, CS61B, CS61C
- 编程语言：Java
如何编写 SQL 查询？SQL 命令是如何被一步步拆解、优化、转变为一个个磁盘查询指令的？如何实现高并发的数据库？如何实现数据库的故障恢复？什么又是非关系型数据库？这门课会带你深入理解关系型数据库的内部细节，并在掌握理论知识之后，动手用 Java 实现一个支持 SQL 并发查询、B+ 树 Index 和故障恢复的关系型数据库。
从实用角度来说，这门课还会在编程作业中锻炼你编写 SQL 查询以及 NoSQL 查询的能力，对于构建一些全栈的工程项目很有帮助。
课程资源
- 课程网站：https://cs186berkeley.net/
- 课程视频：https://www.bilibili.com/video/BV13a411c7Qo
- 课程教材：无
- 课程作业：6 个 Project
CMU 15-445: Database Systems
课程简介
- 所属大学：CMU
- 先修要求：C++，数据结构与算法
- 编程语言：C++
作为 CMU 数据库的入门课，这门课由数据库领域的大牛 Andy Pavlo 讲授（“这个世界上我只在乎两件事，一是我的老婆，二就是数据库”）。15-445 会自底向上地教你数据库系统的基本组成部分：存储、索引、查询，以及并发事务控制。 这门课的亮点在于 CMU db 专门为此课开发了一个教学用的关系型数据库 bustub，并要求你对这个数据库的组成部分进行修改，实现上述部件的功能。此外 bustub 作为一个 C++ 编写的中小型项目涵盖了程序构建、代码规范、单元测试等众多要求，可以作为一个优秀的开源项目学习。
课程资源
- 课程网站：Fall2019, Fall2020, Fall2021, Fall2022
- 课程视频：课程网站免费观看
- 课程教材：Database System Concepts
- 课程作业：4 个 Project
在 Fall2019 中，第二个 Project 是做哈希索引，第四个 Project 是做日志与恢复。
在 Fall2020 中，第二个 Project 是做 B 树，第四个 Project 是做并发控制。
在 Fall2021 中，第一个 Project 是做缓存池管理，第二个 Project 是做哈希索引，第四个 Project 是做并发控制。
在 Fall2022 中，与 Fall2021 相比只有哈希索引换成了 B+ 树索引，其余都一样。
如果大家有精力的话可以都去尝试一下，或者在对书中内容理解不是很透彻的时候，尝试用代码写一个会加深你的理解。
Caltech CS 122: Database System Implementation
课程简介
- 所属大学：Caltech
- 先修要求：无
- 编程语言：Java
加州理工的这门课，不同于没有提供 SQL 层功能的 CMU15-445 课程。CS122 课程 Lab 的侧重点在于 SQL 层的相关实现，涉及查询优化器的各个模块，比如SQL的解析，Translate，如何实现 Join，统计信息以及代价估计，子查询实现，Agg，Group By 的实现等。除此之外，还有 B+树，WAL 相关实验。本门课程适合在学完 CMU15-445 课程之后，对查询优化相关内容有兴趣的同学。
下面介绍一下这门课的前 3 个 Assignment 也就是实验 Lab 所要实现的功能：
Assignment1
- 为 NanoDB 提供 delete，update 语句的支持。
- 为 Buffer Pool Manager 添加合适的 pin/unpin 代码。
- 提升 insert 语句的性能， 同时不使数据库文件大小过分膨胀。
Assignment2
- 实现一个简单的计划生成器，将各种已经 Parser 过的 SQL 语句转化为可执行的执行计划。
- 使用 nested-loop join 算法，实现支持 inner- and outer-join 的 Join 计划节点。
- 添加一些单元测试， 保证 inner- and outer-join 功能实现正确。
Assignment3
- 完成收集表的统计信息。
- 完成各种计划节点的计划成本计算。
- 计算可出现在执行计划中的各种谓词的选择性。
- 根据谓词更新计划节点输出的元组统计信息。
剩余 Assignment 和 Challenges 可以查看课程介绍，推荐使用 IDEA 打开工程，Maven 构建，注意日志相关配置。
课程资源
- 课程网站：http://courses.cms.caltech.edu/cs122/
- 课程代码：https://gitlab.caltech.edu/cs122-19wi
- 课程教材：无
- 课程作业：7 Assignments + 2 Challenges
Stanford CS 346: Database System Implementation
课程简介
- 所属大学：Stanford
- 先修要求：无
- 编程语言：C++
RedBase 是 cs346 的一个项目，实现了一个简易的数据库系统，项目是高度结构化的。整个项目能够被分为以下几个部分（同时也是 4 个需要完善的 lab）：
- The record management component：记录管理组件。
- The index component：B+ 索引管理。
- The System Management Component：ddl语句、命令行工具、数据加载命令、元数据管理。
- The Query Language Component：在这个部分需要实现 RQL Redbase 查询语言。RQL 要实现 select、insert、delete、update 语句。
- Extension Component：除了上述数据库系统的基本功能组件，还需要实现一个扩展组件，可以是 Blob 类型、 网络模块、连接算法、CBO 优化器、OLAP、事务等。
RedBase 适合在学完 CMU-15445 后继续学习数据库系统中的其他组件，因为其代码量不多，可以方便的根据需要扩展代码。同时代码完全由 C++ 编写，也可以用于练习 C++ 编程技巧。
课程资源
- 课程网站：https://web.stanford.edu/class/cs346/2015/
- 课程代码：https://github.com/junkumar/redbase.git
- 课程教材：无
- 课程作业：4 Projects + 1 Extension
CMU 15-799: Special Topics in Database Systems
课程简介
- 所属大学：CMU
- 先修要求：CMU 15-445
- 编程语言：C++
这门课目前只开了两次：fall2013 和 spring2022，讨论了数据库领域的一些前沿主题。fall2013 讨论了 Streaming、Graph DB、NVM 等，spring2022 主要讨论 Self-Driving DBMS，都提供有相关论文。
spring2022 版课程任务：
任务一：基于 PostgreSQL 进行手动性能调优；
任务二：基于 NoisePage Pilot 改进 Self-Driving DBMS，不限特性。
授课更贴近讲座的形式，编程任务较少。对一般同学可以开拓一下视野，对专精数据库的同学可能帮助较大。
课程资源
- 课程主页
- CMU15-799 - Special Topics in Database Systems
- CMU15-799 - Special Topics: Self-Driving Database Management Systems
- 课程视频：暂无
- 课程作业：2 Projects + 1 Group Project
