1       基本概念

• 数据库（DB）：有一定组织结构、可长期存储的、可共享的数据集合
• 关系型数据库：数据按照关系模型进行组织的数据库。
• 非关系型数据库（NoSQL）：数据按照key-value、图模型等非关系型模型组织的数据库。
• 数据库管理系统（DBMS）：对数据库进行管理（增删改查等业务操作）以及维护的系统，位于应用与操作系统之间。例如Mysql、Oracle、PostgreSQL等都是常见关系型数据库。
• 数据库内核：数据库管理系统的核心部分，采用高效的算法以及数据结构，保证核心功能（增删改查）的高效稳定。
• 数据库系统（DBS）：引入数据库后的一整套包含软硬件的计算机系统，软件包含数据库、数据库管理系统、数据库开发工具库、操作系统、应用软件等。

2       数据库中数据模型

数据模型是对现实世界的抽象工具，反应业务信息之间的关系，指导开发人员进行数据库设计。

• 数据模型按照不同应用层次分成概念模型、逻辑模型、物理模型三种类型。信息的流转经过现实世界、信息世界和机器世界。信息世界里，用符号将现实世界的关系表示出来，形成概念模型，然后用数据库定义语言描述出来，形成逻辑模型，最后结合机器世界里的技术条件，确定具体的存储结构，形成物理模型。
• 数据模型描述的内容包含数据结构、数据操作和完整性约束三个要素。
• 数据模型按照对象关系类型主要包含关系模型、层次模型和网状模型三类。

3       数据库系统体系结构

不管是何种数据库系统软件，其总体体系结构可简单地划分为三级模式结构：外模式、概念模式、内模式：

• 外模式：又称用户模式，是局部模式。不同用户能操作的数据范围不同，因此给用户呈现的数据视图不同。
• 概念模式：是全局模式。整个数据库中数据逻辑结构的描述。
• 内模式：是全局模式。整个数据库中数据的物理结构、存储方式的描述。

4       数据库管理系统演化

数据库本质是数据的集合，随着数据量的逐步增长，历经人工管理、文件管理以及数据库系统管理三个阶段。最初数据量不大，由人工管理数据文件。信息时代到来，自然而然想到将数据文件电子化后存储到服务器文件系统中。然而，庞大而多样的数据导致文件系统深度和广度越来越大，寻址效率低下。于是，开发出专门的数据库管理系统，提高数据的寻址效率以及存储效率。

5       数据库管理系统特点

数据库系统源自于文件系统，但相比文件系统，做了如下功能增强。

• 支持特定语言SQL进行数据操作、数据定义。
• 保证对数据的操作是完整的（Atomicity）。
• 并发访问用户间是隔离的（Isolation）。
• 数据持久化（Durability）可靠地存储，能从多种故障场景恢复。
• 能保证事务执行前后最终状态的一致性（Consistency）。

6       数据库管理系统结构

数据库管理系统总体分为5个模块：

• 连接管理系统：负责与客户端直接通信，对连接用户鉴权。
• 编译执行系统：负责SQL语句的编译与执行，与存储管理系统对接进行数据操作。
• 存储管理系统：负责进行数据的存储。
• 事务系统：提供对事务、并发访问控制的支持。
• 系统表：负责数据库中所有元数据的管理。通常每个database有自己的一套系统表（创建database时从模板数据库拷贝），少数系统表是多个database共享。系统表将个系统模块有机地连接在一起。

7       SQL执行过程

SQL作为一种声明式语言，需要通过编译、优化生成程序化的执行路径才能被执行。不同的数据库优化器生成的执行路径不同，性能相差也比较大，因此不同品牌数据库的差异主要体现在优化器上。正常一条SQL的执行流程如下：

• 词法解析：分析器对SQL文本进行单词切割，提取关键词，校验单词是否正确。
• 语法解析：分析器对校验SQL语句语法正确性，生成语法树。例如select后面是否跟了from关键字。
• 语义解析：将语法树与元数据绑定，赋予SQL语句语义，确认字段、表是否存在或是否有权限访问。
• 优化：将绑定语义的语法结合表信息，生成最终的物理执行计划。
• 执行：运行物理执行计划，生成结果集返回给客户端。

8       参考

• https://xie.infoq.cn/article/d8a4a5a024b1e8ccd5a195259
• https://walleipt.gitbooks.io/postgresql/content/21-xi-tong-biao.html
• https://www.infoq.cn/theme/46