（苏州大学计算机科学与技术学院，江苏 苏州 215006）

以操作系统、数据库为代表的基础软件在信息系统中起着基础性、平台性的作用。它们对应用不可或缺，决定了应用系统的开发与执行效率，是软件产业链的王冠，承载着软件生态。我国软件产业主要集中在应用层，各类应用系统过多依赖国外或开源的基础软件，导致了“卡脖子”现象和信息安全等问题。

虽然我国政府充分认识到国产基础软件的重要性，大力倡导基础软件研发并给予了资金和项目上的政策倾斜。但是基础软件人才的匮乏严重制约了我国基础软件发展，亟须优化数据库等课程与实验教学，使学生更好地认识数据库系统，理解RDBMS内核架构与功能模块，最终具备包括RDBMS在内的基础软件的设计与开发能力。

在数据库课程以操作系统、数据结构、编译原理和程序设计等为前置课程。实验教学中需要兼顾学生应用技能、系统思维、复杂工程能力的培养。具体来说，我们从RDBMS系统的使用与实现两个角度（即两个模块）来开展课程的实验教学，如图1所示，下面将结合实际教学工作对相关内容分别阐述如下。

图1 课程内容框架

一、RDBMS操作的实验设计

在应用方面，重点培养实际业务场景中的数据库运用能力，以RDBMS的操作与设计为主要内容，包括：

-虚拟机与数据库管理系统的安装与登录，其中数据库可以使用SQL Server/MySQL/PostgreSQL等传统关系数据库，也可以选择OpenGauss作为数据库开展课程实验；

-数据定义语言，包含通过SQL语言完成数据库的创建、更新、删除，完成数据表、索引、视图、完整性约束的创建、更新、删除，了解相关关键参数的设置（例如增量大小等）；

-数据操纵语言，包括基于数据库基本表与视图的数据插入、删除、修改、查询等基本操作的运用，以及触发器、存储过程的使用与编程；

-数据库控制，包括访问控制、数据库的备份与恢复、事务隔离级别设置等，理解事务提交、回滚与锁机制；

-数据库性能测试，基于Tpcc等公开数据进行数据库的性能评测；

-数据库设计，基于给定业务场景，画出ER图，基于规范化理论设计合理的关系数据库模式。

二、RDBMS系统实现的实验设计

在系统实现方面，在数据库原理的理解基础上，大型基础软件的设计与实现能力主要目标，从RDBMS模块化功能实现的角度设计课程实践。具体来说，相关实验可以依托SimpleDB等数据库实验资源，以RDBMS的存储、查询处理、事务管理模块为主要内容开展实验教学，具体包括：

-RDBMS存储管理的设计与实现，在该模块中，学生需要理解数据库中数据的表示、访问与管理机制，设计并实现针对性的物理存储结构（包括元组、数据库块、分区的基本结构等），支持包含变长子段元组的持久化存储和连续、随机访问，设计并实现数据字典，对数据库元信息进行有效的表示与管理；

-RDBMS高速缓冲区管理的设计与实现，学习数据的缓存机制，设计并实现数据库高速缓冲区的管理方法，利用LRU等经典策略完成Buffer Pool的数据置换，提升缓冲区数据的命中率以降低I/O；

-RDBMS数据操作的设计与实现，这部分主要针对数据操作，在存储结构之上支持SQL操作，包括select、insert、delete、join、group by、order by等，如课时有限，可以对Group By的功能进行简化；

-RDBMS 查询优化的设计与实现，学习B+树等经典数据索引结构，通过索引技术为系统提供有效的数据存取路径，提升单值查询、范围查询、存在性查询性能，在此基础上，实现基于经典Cost模型的优化器，利用left-deep-tree和动态规划等思想实现Join操作的性能优化；

-RDBMS事务管理的设计与实现，该部分提供数据库的事务管理，保证ACID特性，内容主要包括单粒度/多粒度两阶段封锁、死锁的检测与解除等，基于日志的Redo、Undo及数据恢复可作为实验设计的选做内容。

在课时安排方面，RDBMS操作的实验设计（模块1）预计16-20课时，RDBMS系统实现的实验设计（模块2）预计40-60课时。模块2可以采用SimpleDB等课程资源，也可以基于文件系统选择部分功能进行分组实验。