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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，CMU 15-213 (A.K.A. CS:APP，这也是 CMU 内部对每年 Enroll 同学的先修要求)
  • 编程语言：C++
  • 课程难度：🌟🌟🌟🌟
  • 预计学时：100 小时

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”）。

这是一门质量极高，资源极齐全的 Database 入门课，这门课的 Faculty 和背后的 CMU Database Group 将课程对应的基础设施 (Autograder, Discord) 和课程资料 (Lectures, Notes, Homework) 完全开源，让每一个愿意学习数据库的同学都可以享受到几乎等同于 CMU 本校学生的课程体验。

这门课的亮点在于 CMU Database Group 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。

具体来说，在 15-445 中你需要在四个 Project 的推进中，实现一个面向磁盘的传统关系型数据库 Bustub 中的部分关键组件。

包括 Buffer Pool Manager (内存管理), B Plus Tree (存储引擎), Query Executors & Query Optimizer (算子们 & 优化器), Concurrency Control (并发控制)，分别对应 Project #1 到 Project #4。

值得一提的是，同学们在实现的过程中可以通过 shell.cpp 编译出 bustub-shell 来实时地观测自己实现部件的正确与否，正反馈非常足。

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

在 Fall 2019 中，Project #2 是做哈希索引，Project #4 是做日志与恢复。

在 Fall 2020 中，Project #2 是做 B 树，Project #4 是做并发控制。

在 Fall 2021 中，Project #1 是做缓存池管理，Project #2 是做哈希索引，Project #4 是做并发控制。

在 Fall 2022 中，与 Fall 2021 相比只有哈希索引换成了 B+ 树索引，其余都一样。

在 Spring 2023 中，大体内容和 Fall 2022 一样（缓存池，B+ 树索引，算子，并发控制），只不过 Project #0 换成了 Copy-On-Write Trie，同时增加了很好玩的注册大小写函数的 Task，可以直接在编译出的 bustub-shell 中看到自己写的函数的实际效果，非常有成就感。

值得注意的是，现在 bustub 在 2020 年以前的 version 都已经停止维护。

Fall 2019 的最后一个 Logging & Recovery 的 Project 已经 broken 了（在19年的 git head 上也许还可以跑，但尽管如此 Gradescope 应该也没有提供公共的版本，所以并不推荐大家去做，只看看代码和 Handout 就可以了）。

或许在 Fall 2023 的版本 Recovery 相关的功能会被修复，届时也可能有全新的 Recovery Project，让我们试目以待吧🤪

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，尝试做一做对应的 Project 会加深你的理解（个人建议还是要全部做完，相信一定对你有帮助）。

资源汇总

非官方的 Discord 是一个很好的交流平台，过往的聊天记录几乎记载了其他同学踩过的坑，你也可以提出你的问题，或者帮忙解答别人的问题，相信这是一份很好的参考。

关于 Spring 2023 的通关指南，可以参考 @xzhseh 的这篇CMU 15-445/645 (Spring 2023) Database Systems 通关指北，里面涵盖了全部你需要的通关道具，和通关方式建议，以及最重要的，我自己在做 Project 的过程中遇到的，看到的，和自己亲自踩过的坑。

@ysj1173886760 在学习这门课中用到的所有资源和作业实现都汇总在 ysj1173886760/Learning: db - GitHub 中。

由于 Andy 的要求，仓库中没有 Project 的实现，只有 Homework 的 Solution。特别的，对于 Homework1，@ysj1173886760 还写了一个 Shell 脚本来帮大家执行自动判分。

另外在课程结束后，推荐阅读一篇论文 Architecture Of a Database System，对应的中文版也在上述仓库中。论文里综述了数据库系统的整体架构，让大家可以对数据库有一个更加全面的视野。

后续课程

CMU15-721 主要讲主存数据库有关的内容，每节课都有对应的 paper 要读，推荐给希望进阶数据库的小伙伴。@ysj1173886760 目前也在跟进这门课，完成后会在这里提 PR 以提供进阶的指导。