一、CMU数据库系统课程
课程基本信息：CMU15-445数据库系统课程是卡内基梅隆大学开设的一门经典课程，主要围绕如何开发一个功能全面的数据库管理系统展开教学，该课程涵盖了从底层存储到上层查询处理等多个方面的知识。
：包括存储（Storage）、执行（Execution）、并发控制（ConcurrencyControl）、恢复（Recovery）以及分布式数据库等内容，存储部分涉及磁盘管理、缓存池管理等；执行部分关注查询计划和操作执行；并发控制探讨事务的隔离性和一致性；恢复则着重于数据在系统故障后的恢复机制。
二、存储模块详细解析
| 主题 | 具体内容 |
| 存储介质与文件组织 | 介绍面向磁盘的数据库系统特点，如数据需从磁盘加载到内存中，阐述数据库文件的组织方式，包括页的结构、页目录的作用等，对比了堆文件组织的链表实现和页目录实现两种方式及其优缺点。 |
| 缓冲池管理 | 解释缓冲池在数据库系统中的重要性，即作为内存和磁盘之间的数据缓冲区域，说明缓冲池管理器的职责，如页面的加载、淘汰策略等，以提高数据库访问效率。 |
| 日志文件组织 | 讲述日志文件的顺序追加方式及其优缺点，如写入速度快但读取时需重建元组，还提及通过建立索引和定期压缩来优化日志文件的读取性能。 |
三、实验记录与实践
Lab0 环境搭建：主要是为后续实验搭建必要的环境，确保实验的顺利进行。
Lab1 BufferPoolManager：实现缓冲池管理器的相关功能，如页面的加载、淘汰等，以深入理解缓冲池在数据库系统中的作用和管理机制。
Lab2 B+树索引实现：包括B+树的插入、删除和查找等操作的实现，帮助学生掌握索引结构在数据库中的应用及其对查询性能的影响。
Lab3 QUERYEXECUTION：添加对在数据库系统中执行查询的支持，实现负责获取查询计划节点并执行它们的executor，涉及到访问方法如顺序扫描和索引扫描等。
Lab4 CONCURRENCYCONTROL：进行锁管理器、死锁检测和并发查询执行等实验，以理解和处理数据库系统中的并发控制问题，确保数据的一致性和系统的可靠性。
四、相关问题与解答
为什么数据库系统需要自己管理内存而不是依赖操作系统？
解答：虽然可以使用操作系统提供的mmap等机制来实现内存管理，但对于数据库系统来说，自己管理内存有诸多优势，可以更好地支持脏页的正确顺序刷新到磁盘、专门的预取规则、缓冲区替换策略以及线程与进程的调度等，从而更高效地利用内存资源，提高数据库系统的性能和可靠性，数据库系统还可以根据自身的特点和需求，对内存进行更精细的控制和管理，以满足不同业务场景下的需求。
堆文件组织的链表实现和页目录实现各有什么优缺点？
解答：堆文件组织的链表实现相对简单，不需要额外的页目录空间，但在插入新元组时，需要遍历空闲页面列表来寻找合适的页面，可能会导致较多的I/O操作，尤其是在空闲页面较多的情况下，而页目录实现则需要维护一个页目录，占用一定的存储空间，但它可以通过页号快速定位到具体的页面，减少了在插入和查找元组时的遍历开销，提高了访问效率，不过，页目录实现需要在页面发生变化时及时更新页目录，以保证其准确性。
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