如何设计一个数据库

按 MiniDB 失败顺序设计 DBMS：存得住、找得到、查得快、改得对、崩了能恢复。

目标：不是给业务系统建表，而是设计数据库软件本身。第一版只支持几条 SQL，但每一步都要能解释为什么需要这个内部机制。

一、MiniDB 最小目标

CREATE TABLE users(id int, name text); INSERT INTO users VALUES (1, 'alice'); SELECT * FROM users WHERE id = 1; UPDATE users SET name = 'bob' WHERE id = 1; COMMIT; -- kill process, restart SELECT * FROM users WHERE id = 1; -- still exists

二、七页主线

顺序	页面	解决的失败
总页	如何设计一个数据库	先确定 MiniDB 要拆成哪些核心部件。
第一页	如何设计存储引擎	内存会丢，追加文件不好更新，所以要页、记录地址、Buffer Pool。
第二页	如何设计 B+Tree 索引	全表扫描太慢，所以要从 key 快速找到 RID。
第三页	如何设计 SQL 执行器	SQL 字符串不能直接跑，要变成扫描、过滤、投影、更新算子。
第四页	如何设计查询优化器	能执行不等于会选好计划，需要选择索引、Join 顺序和代价模型。
第五页	如何设计事务系统	并发写会覆盖，失败会半成功，所以要事务状态、锁、隔离和回滚。
第六页	如何设计 WAL 和崩溃恢复	commit 后宕机不能丢，未提交落盘不能留，所以要日志、Redo、Undo。
第七页	如何设计 MVCC	锁能保正确，但读写互相卡，所以要版本链、快照和可见性规则。

三、一个数据库从失败中长出来

失败	长出的机制
内存 Map 重启就丢。	文件、页、记录格式。
文件能存，但不知道一条记录在哪。	page_id、slot_id、RID。
每次读磁盘太慢。	Buffer Pool。
按 id 查要扫全表。	B+Tree 索引。
SQL 只是字符串。	Parser、Binder、Executor。
多个计划都能跑，但快慢差很多。	Optimizer。
两个事务同时写坏数据。	事务管理、锁、隔离。
崩溃后不知道保留谁、撤销谁。	WAL、Redo、Undo、Checkpoint。
读写互相阻塞。	MVCC。

一句话：设计一个数据库，就是设计“行怎样落盘、记录怎样定位、查询怎样执行和优化、并发怎样正确、崩溃怎样恢复、读写怎样共存”。