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浅谈SQL Server内部运行机制

        对于已经很熟悉T-SQL的读者,或者对于较专业的DBA来说,逻辑的增删改查,或者较复杂的SQL语句,都是非常简单的,不存在任何挑战,不值得一提,那么,SQL的哪些方面是他们的挑战 或者软肋呢?

那就是sql优化。然而,要向成为一个好的Sql优化高手,首先要做的一件事无疑就是了解sql语句在SQL Server中是如何执行的。在这一系列中,我们将开始sqlserver优化系列讲解,本 讲为优化系列的开篇文章,

在本篇文章中,我们将重点讲解SQL Server体系结构

       在正式讲解之前,我们先来看看如下问题,你是否遇到过,若你遇到过且成功解决,那么这篇文章,你可以跳过。

       为了测试需要,我们先模拟插入5亿3千多万条数据。

SELECT COUNT(1) FROM BigDataTest

     

      (一)查询缓慢问题

         *,临时表,表连接,子查询等造成的查询缓慢问题,你能解决吗?

      (二)内存泄漏

        如下查询了8分2秒,然后内存溢出,你知道问题吗?

SELECT * FROM BigDataTest

     

     (三)经常听说如下概念,你都能解决吗?

        事务与锁(请参考我另一篇文章:浅谈SQL Server事务与锁(上篇)),ACID,隔离级别,脏读,分表分库,水平拆分,垂直拆分,高并发等

一  SQL Server体系结构抽象

 

 二  SQL Server体系结构概述

       SQL Server核心体系结构,大致包括六大部分:客户端访问工具、SQL Server 网络接口(SQL Server Network Interface,SNI)、关系引擎、存储引擎、

磁盘和缓冲池。下图为SQL Server核心体系大致轮廓图。

 (一)SQL Server客户端访问工具

      SQL Server客户端访问工具,提供了远程访问技术,它与SQL Server服务端基于一定的协议,使其能够远程访问数据库,就像在本地操作数据库一样,如我们经常用的

Microsoft SQL Server Management Studio。

       SQL Server客户端访问工具是比较多的,其中比较流行的要数Microsoft SQL Server Management Studio 和Navicat(Navicat在MySQL中也是比较常用的)了,至于其他工具,

本篇文章就不列举了,感兴趣的读者朋友,可以查询一下。

(二)SQL Server网络协议

       SQL Server网络协议,又叫SQL Server网络接口(SNI),它是构成客户端和服务端通信的桥梁,它与SQL Server服务端基于一定协议,方可通信,

如我们在客户端输入一条查询语句SELECT * FROM BigDataTest,这条语句,只有客户端和服务端基于一定协议,方可被服务端解析,否则,被视为无

效语句。

       SQL Server网络协议,由一组API构成,这些API供SQL Server数据库引擎和SQL Server本地客户端调用,如实现最基本的CRUD通信。

       SQL Server 网络接口(SQL Server Network Interface,SNI)只需要在客户端和服务端配置网络协议即可,它支持一下协议:

     (1)共享内存

     (2)TCP/IP

     (3)命名管道

     (4)VIA

(三)关系引擎

      关系引擎,也叫查询引擎,其主要功能是负责处理SQL语句,其核心组件由三部分组成:命令分析器、查询优化器和查询执行器。

    (1)命令分析器:负责解析客户端传递过来的T-SQL语句,如客户端传递一条SQL语句:SELECT * FROM BigDataTest,它会检查该语句的语法结构,若语法

错误,它会将错误返回给协议层,然后协议层将错误返回给客户端;如果语法结构正确,它会根据查询命令生成查询计划或寻找一个已存在的查询计划(先在缓冲池计划缓

存中查找,若找到,则直接给查询执行器执行,若未找到,则会生成基于T-SQL的查询树,然后交给查询优化器优化)

     (2)查询优化器:负责优化命令解析器生成的T-SQL查询树(基于资源的优化,而非基于时间的优化),然后将最终优化结果传递给查询执行器执行。查询优化器是基于

“资源开销”的优化器,这种算法评估多种可执行的查询方式,并从中选择开销最低的方案作为优化结果,然后将该结果生成查询计划输出给查询执行器。注意,查询优化器是

“基于资源开销最优”而非“基于方案最优”,也就是,查询优化器的最终优化结果未必是最好的方案,但一定是资源开销最低的方案。

     (3)查询执行器:负责执行查询。假若查询执行器接收到命令解析器或查询优化器传递过来的SQL语句:SELECT * FROM BigDataTest,它通过OLE DB接口传递到存储

引擎,再传递到存储引擎的访问方法。

(四)存储引擎

        存储引擎,本质就是管理资源存储的,它的核心组件包括三部分:访问方法、事务管理器和缓冲区管理器。     

      (1)访问方法:访问方法本质是一个接口,供查询执行器调用(该接口提供了所有检索数据的代码,接口的实际执行是由缓冲区管理器来执行的),假若查询执行器传递一条SQL语句:

SELECT * FROM BigDataTest,访问方法接收到该请求命令后,就会调用缓冲区管理器,缓冲区管理器就会调用缓冲池的计划缓存,在计划缓存中寻找到相应的结果集,然后返回给关系

引擎。

       (2)缓冲区管理器:供访问方法调用,管理缓冲池,在缓冲池中查询相应资源并返回结果集,供访问方法返回给关系引擎。   

       (3)事务管理器:主要负责事务的管理(ACID管理)和高并发管理(锁),它包括两个核心组件(日志管理器和锁管理器),锁管理器负责提供并发数据访问,设置隔离级别等;日志管理器负责

记录所有访问方法操作动作,如基本的CRUD。

(五)缓冲池

 

       缓冲池驻于内存中,是磁盘和缓冲区管理器的桥梁SQL Server中,所有资源的查询都是在内存中进行的,即在缓冲池中进行的,假若缓冲池

接收到缓冲区管理器传递过来的的一条SQL语句:SELECT * FROM BigDataTest,缓冲区管理器数据缓存先从磁盘数据库中取满足条件的结果集,

然后放在缓冲池数据缓冲中,然后以结果集的形式返回给缓冲区管理器,供访问方法返回给关系引擎的查询执行器,然后返回给协议层,协议层再

返回给客户端。注意,这里操作的是缓冲池中数据,而不是磁盘DB中的数据,并且操作的缓冲池数据不会立即写入磁盘,因此就会造成查询到结果

与BD中的结果不一致,这就是所谓的脏读。

        缓冲池主要包括两部分:计划缓存(生成执行计划是非常耗时耗资源的,计划缓存主要用来存储执行计划,以备后续使用)和数据缓存(通常是缓存池

中容量最大的,消耗内存最大,从磁盘中读取的数据页只要放在这里,方可调用)

(六)磁盘

  

           磁盘主要是用来存储持久化资源的,如日志资源,数据库资源和缓存池持久化支援等。

三  一个查询的完整流程

       如下为一个比较完善的查询过程,即第二部分查询语句:SELECT * FROM BigDataTest 整个过程。

四  参考文献

【01】《SQL Server 2012 深入解析与性能优化 第3版》Christian Bolton,Justin Langford,Glenn Berry,Gavin Payne,Amit Banerjee,Rob Farley著

五  版权区

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