数据库简介

简单介绍一下数据库的基本原理。

真实数据存储

在数据库中，为了管理数据，数据必须分成记录，每条记录都包含几个字段（对应于数据库表中列的概念）。这些数据物理上可以按记录存储（行式数据库），或者按照整列字段存储（列式数据库）。为了标识每一条记录的不同，我们规定了主键的概念，主键对于每条记录都是不同的，举个例子，存储居民信息，居民身份证号就可以作为主键。常见的数据库如MysQL，Oracle等都是将数据存储在磁盘上，因此要设计基于磁盘的存储引擎。现在随着SSD价格的下降和性能要求，SSD也开始流行起来，OceanBase就支持SSD的存储。现在，基于内存的存储项目也越来越多，比较有名的项目是RAMCloud。

数据库索引

存好了数据我们便有了查询数据的要求，但是如果一条一条记录读取然后进行查找的话效率特别的低下，所以需要索引，根据索引可以很快的查找到数据，数据库中经常用到的索引结构就是B树，使用B树可以减少读取磁盘的次数（传统的数据库的B树结构都是保存到磁盘上的，当然也可以使用其它数据结构，这里以B树举例），具体B树的原理请参考链接。

数据库以B树格式储存主键索引，只解决了按照主键查找数据的问题。如果想查找其他字段，就需要建立其它字段的索引。所谓索引，就是一种可以进行快速查询数据的数据结构。比如居民数据表中根据性别查询数据，我们便需要建立性别字段的索引，里面保存性别字段和对应记录的位置，这样便可以很快的进行查询了。

所以是为了加快select效率而设计的，索引的使用有很多的技巧，关注数据库查询性能的话要好好理解索引的使用。

其它功能

有了上面的内容以后，我们就有了数据库的存储引擎了，对，就是数据的保存和索引工具。但这些是最基本的工具，要实现一个数据库我们还要完成以下工作：SQL语句的解析和执行，数据库事务控制，容错机制。

协议支持

数据库客户端和服务器之间的通信协议，最常用的是MySQL协议。包括认证和数据交互。

SQL解析和执行

SQL语句的解析和执行包括两个方面，首先，对于输入的SQL语句进行解析（编译原理那一套，词法解析，语法解析，etc）生成逻辑执行计划（逻辑上的SQL语句执行过程），根据逻辑执行计划生成具体的物理执行计划（具体的操作计划，比如遍历磁盘上某一列数据）。这需要很高的算法基础和编译原理基础。

数据库事务

事务是一系列数据库操作的集合，事物要满足ACID原则。这就需要对事务的并发控制和事务执行失败的错误处理，需要用到很多技术比如说死锁检测，并发控制，日志记录和恢复管理等。在分布式系统中，使用事务的代价很高，主要原因是性能问题，很多数据库中间件都不支持多机事务。OceanBase早期版本将事务转换成了单机事务，由UpdateServer处理，主要思路就是读写分离。

容错机制

容错就是保证硬件出现故障能够保证数据还正确存在，即能从故障、多种类型的错误或者故意滥用中进行恢复。很多时候用到的是冗余技术（一份数据存多份）。容错往往通过日志完成，同时要注意日志复制的方法。

总结

要真正实现数据库还是非常困难的，要考虑性能，各种故障灯因素，本文主要是大体的理解数据库基本原理。