SQL Server Architektuur (selgitatud)

MS SQL Server on klient-serveri arhitektuur. MS SQL Serveri protsess algab kliendirakenduse poolt päringu saatmisega. SQL Server võtab päringu vastu, töötleb seda ja vastab sellele töödeldud andmetega. Arutagem allpool üksikasjalikumalt kogu arhitektuuri:

Nagu allolev diagramm näitab, on SQL Serveris kolm peamist komponenti ArchiStruktuur:

1. Protokollikiht
2. Suhteline mootor
3. Säilitusmootor

Protokollikiht – SNI

SQL Serveri protokollikiht, tuntud ka kui serveri võrguliides (SNI), toetab kolme tüüpi klient-serveri arhitektuuri. Iga protokoll teenindab erinevat võrgustsenaariumi. Enne päringute sisemise töötlemise uurimist on oluline nende protokollide mõistmine.

Jagatud mälu

Kujutage ette varahommikuse vestluse stsenaariumi. Tom ja tema ema on samas loogilises kohas, oma kodus. Tom küsib kohvi ja ema serveerib selle otse. Samamoodi pakub SQL Server jagatud mälu protokolli, kui klient ja server töötavad samal masinal. Mõlemad suhtlevad jagatud mälu kaudu ilma võrgu lisakuludeta.

Analoogia: Tom seob end kliendiga, ema SQL serveriga, kodu masinaga ja verbaalne suhtlus jagatud mälu protokolliga.

Konfiguratsiooni märkmed: In SQL-i haldusstuudio, võib kohaliku ühenduse „Serveri nimi” olla „.”, „localhost”, „127.0.0.1” või „Masin\eksemplar”.

TCP / IP

Kujutage nüüd ette, et Tom soovib kohvi poest, mis asub 10 km kaugusel. Tom on kodus ja kohvik asub tiheda liiklusega turul. Nad suhtlevad mobiilsidevõrgu kaudu. Samamoodi pakub SQL Server TCP / IP-protokoll kui klient ja SQL Server asuvad võrgu kaudu ühendatud eraldi masinatel.

Analoogia: Tom seob end kliendiga, kohvik SQL Serveriga, kodu ja turg kaugemate asukohtadega ning mobiilsidevõrk TCP/IP protokolliga.

Konfiguratsiooni märkmed: SQL Management Studios peab TCP/IP-ühenduse serveri nimeks olema „Serveri masin\eksemplar“. SQL Server kasutab TCP/IP-ühenduste jaoks vaikimisi porti 1433.

Nimeks Torud

Lõpuks tahab Tom oma naabrilt Sierralt rohelist teed. Nad on samas füüsilises asukohas, naabrid ja suhtlevad võrgusiseselt. Samamoodi pakub SQL Server Named Pipe protokolli, kui klient ja server on ühendatud kohtvõrgu (LAN) kaudu.

Analoogia: Tom seob end kliendiga, Sierra SQL Serveriga, naabrid LAN-iga ja võrgusisene võrk Named Pipe protokolliga.

Konfiguratsiooni märkmed: Named Pipes on vaikimisi keelatud ja see tuleb lubada SQL Configuration Manageri kaudu.

Mis on TDS?

Nüüd, kui kolm kliendi-serveri arhitektuuri tüüpi on selged, heidame pilgu TDS-ile:

• TDS tähistab tabeliandmete voogu.
• Kõik kolm protokolli kasutavad TDS-pakette.
• TDS on kapseldatud võrgupakettidesse, võimaldades andmeedastust kliendimasinast servermasinasse.
• TDS-i töötas esmakordselt välja Sybase ja see kuulub nüüd Sybase'ile. Microsoft.

Järgmises tabelis võrreldakse kolme SQL Serveri ühendusprotokolli:

tunnusjoon	Jagatud mälu	TCP / IP	Nimeks Torud
Võrgu ulatus	Sama masin	Kaugjuhtimine (WAN/Internet)	Ainult LAN-ühendus
Vaikimisi port	N / A	1433	445
jõudlus	Kiireim (ilma võrguülekoormuseta)	Hea (WAN-i jaoks optimeeritud)	Hea (kohaliku võrgu jaoks optimeeritud)
Vaikimisi lubatud	Jah	Jah	Ei
Parim kasutuskohver	Kohalik arendus ja testimine	Tootmiskeskkonna kaugjuurdepääs	Usaldusväärsed kohtvõrgu keskkonnad

Kuna võrgusuhtlust haldab protokollikiht, on SQL Serveri arhitektuuri järgmine samm päringu enda töötlemine. Siin võtab ohjad üle relatsioonimootor.

Suhteline mootor

Relatsioonimootorit tuntakse ka päringuprotsessorina. See sisaldab SQL Serveri komponente, mis määravad, mida päring peab tegema ja kuidas seda kõige tõhusamalt täita. See vastutab kasutajapäringute täitmise eest, taotledes andmeid salvestusmootorilt ja töödeldes tagastatud tulemusi.

Nagu arhitektuuridiagrammil kujutatud, on relatsioonimootoril kolm peamist komponenti:

CMD parser

Protokollikihilt vastuvõetud andmed edastatakse relatsioonimootorile. CMD parser on esimene komponent, mis päringuandmed vastu võtab. Selle peamine ülesanne on kontrollida päringut süntaktiliste ja semantiliste vigade suhtes ning seejärel genereerida päringupuu.

Süntaktiline kontroll: Nagu igal teisel programmeerimiskeelel, on ka SQL Serveril eelnevalt määratletud märksõnade ja grammatikareeglite komplekt. SELECT, INSERT, UPDATE ja paljud teised kuuluvad eelnevalt määratletud märksõnade loendisse. CMD parser kontrollib, kas sisend järgib neid reegleid. Kui kasutaja sisend erineb oodatud süntaksist, tagastab parser vea.

Näide: Kujutage ette venelast, kes astub Jaapani restorani ja tellib vene keeles. Kelner saab aru ainult jaapani keelest ja ei saa tellimust töödelda. Samamoodi, kui kasutaja tippib „SELECT” asemel „SELECR”, tagastab CMD parser vea, kuna see ei tunne märksõna ära.

Semantiline kontroll: Seda teeb normaliseerija. See kontrollib, kas päringu all olevad veerunimed, tabelinimed ja muud objektid on skeemis tegelikult olemas. Kui need on olemas, seob normaliseerija need päringuga. Seda protsessi nimetatakse ka sidumiseks. Kui kasutajapäringud sisaldavad VIEW'i, asendab normaliseerija selle sisemiselt salvestatud vaate definitsiooniga.

Näide: Running SELECT * from USER_ID põhjustaks parseri semantilise kontrolli käigus vea, kui tabelit USER_ID andmebaasis ei eksisteeri.

Loo päringupuu: See samm genereerib erinevad täitmispuud, mis esindavad päringu käivitamise erinevaid viise. Kõik puud annavad sama soovitud väljundi.

Optimeerija

Optimeerija loob kasutaja päringu jaoks täitmisplaani. See plaan määrab, kuidas päringut täidetakse. Kõik päringud ei ole optimeeritud. Optimeerimine kehtib DML-i (andmete muutmise keele) käskude kohta, näiteks SELECT, INSERT, DELETE ja UPDATE. DDL-i käske, näiteks CREATE ja ALTER, ei ole optimeeritud, vaid kompileeritakse sisemisse vormi.

Päringu maksumus arvutatakse selliste tegurite põhjal nagu protsessori kasutus, mälu kasutus ja sisend-/väljundvajadused. Optimeerija roll on leida kõige odavam ja kulutõhusam täitmisplaan, mitte tingimata absoluutselt parim.

Näide: Kujutage ette, et soovite avada internetipangakonto. Ühe panga päringu avamine võtab maksimaalselt 2 päeva. Teil on ka nimekiri 20 teisest pangast, mille päringute avamine võib võtta vähem aega või mitte. Kõigi 20 panga otsimine ei pruugi kiiremat varianti leida ja otsing ise on aeganõudev. Oleks olnud parem valida esimene pank. Samamoodi kasutab SQL-i optimeerija päringu aja minimeerimiseks ammendavaid ja heuristilisi algoritme.

Optimeerija otsib kolmes etapis:

0. etapp: triviaalse plaani otsimine

See on optimeerimiseelne etapp. Mõne päringu puhul on olemas ainult üks praktiline plaan, mida nimetatakse triviaalseks plaaniks. Edasi pole vaja otsida, sest iga täiendav otsing leiaks sama teostusplaani lisakuludega.

1. etapp: tehingute töötlemise plaanide otsimine

See hõlmab nii lihtsate kui ka keerukate plaanide otsimist. Lihtsa plaani otsing kasutab veeru- ja indeksiandmete statistilist analüüsi, mis piirdub tavaliselt ühe indeksiga tabeli kohta. Kui lihtsat plaani ei leita, tehakse keerukam otsing, mis hõlmab mitut indeksit tabeli kohta.

2. etapp: paralleelne töötlemine ja optimeerimine

Kui eelnevad strateegiad ei anna piisavat plaani, otsib optimeerija paralleelse töötlemise võimalusi, mis põhinevad masina töötlemisvõimekusel. Kui paralleelne töötlemine pole võimalik, algab viimane optimeerimisetapp, mis kasutab kõiki ülejäänud valikuid parima võimaliku teostusplaani leidmiseks.

Päringu täitja

Päringutäitja kutsub salvestusmootoris juurdepääsumeetodit (Access Method). See pakub täitmisplaani, mis sisaldab täitmiseks vajalikku andmete hankimise loogikat. Kui andmed on salvestusmootorilt laekunud, avaldatakse tulemus protokollikihil ja saadetakse lõppkasutajale.

Pärast seda, kui relatsioonimootor on kindlaks teinud, kuidas päringut täita, tegeleb salvestusmootor füüsiliste andmetega seotud toimingutega. See kiht haldab andmete salvestamist, vahemällu salvestamist ja kettalt hankimist.

Säilitusmootor

Salvestusmootor vastutab andmete salvestamise eest salvestussüsteemis, näiteks kettale või SAN-ile, ja nende vajaduse korral hankimise eest. Enne salvestusmootori komponentide uurimist on oluline mõista, kuidas andmeid füüsiliselt salvestatakse.

Andmefailid ja ulatus

Andmefailid salvestavad andmeid füüsiliselt andmelehtede kujul, kusjuures iga lehe suurus on 8KB. See on väikseim salvestusüksus. SQL ServerAndmelehed on loogiliselt rühmitatud laiendusteks. Ühelegi objektile ei ole otse määratud individuaalset lehte; selle asemel toimub hooldus laienduste kaudu. Igal lehel on lehe päis (96 baiti), mis sisaldab metaandmeid, nagu lehe tüüp, lehe number, kasutatud ruum, vaba ruum ning viited järgmisele ja eelmisele lehele.

File Types

Peamine fail: Iga andmebaas sisaldab ühte põhifaili. See salvestab kõik olulised andmed, mis on seotud tabelite, vaadete, päästikute ja muude objektidega. Laiend on tavaliselt .mdf, kuid see võib olla mis tahes laiend.

Teisene fail: Andmebaas võib sisaldada või mitte sisaldada mitut teisejärgulist faili. Need on valikulised ja sisaldavad kasutajaspetsiifilisi andmeid. Laiend on tavaliselt .ndf, kuid see võib olla mis tahes laiend.

Logifail: Tuntud ka kui ettekirjutatud logid. Laiend on .ldf. Logifaile kasutatakse tehingute haldamiseks, soovimatutest eksemplaridest taastamiseks ja kinnitamata tehingute tagasipööramiseks.

Salvestusmootoril on kolm peamist komponenti. Igal neist on andmetele juurdepääsu ja terviklikkuse haldamisel kindel roll.

Juurdepääsumeetod

Juurdepääsumeetod toimib liidesena päringutäitja ja päringu Buffer Haldur või tehingulogid. See ei teosta ise täitmist, vaid määrab päringu tüübi:

• Kui päring on SELECT-lause (DML), see edastatakse Buffer Edasiseks töötlemiseks haldur.
• Kui päring on Mitte-SELECT-lause (DDL ja DML), edastatakse see tehinguhaldurile. See hõlmab enamasti UPDATE, INSERT ja DELETE käske.

Buffer Juht

. Buffer Haldur haldab plaani vahemälu, andmete parsimise ja määrdunud lehtede käitlemise põhifunktsioone.

Plaani vahemälu

Olemasolev päringuplaan: . Buffer Haldur kontrollib, kas täitmisplaan on salvestatud plaani vahemälus olemas. Kui on, siis kasutatakse otse vahemällu salvestatud päringuplaani ja sellega seotud andmevahemälu.

Esmakordne vahemälu plaan: Kui esmakordse päringu käivitamise plaan on keerukas, salvestatakse see plaani vahemällu. See tagab kiirema kättesaadavuse järgmisel korral, kui SQL Server sama päringu saab.

Andmete sõelumine: Buffer Vahemälu ja andmesalvestus

. Buffer Haldur annab juurdepääsu vajalikele andmetele. Võimalikud on kaks lähenemisviisi, olenevalt sellest, kas vahemälus on andmeid:

Buffer Vahemälu – pehme parsimine

. Buffer Juhataja otsib andmeid Buffer Vahemälu. Kui andmed on olemas, kasutab päringutäitja neid otse. See parandab jõudlust, kuna andmete toomine vahemälust nõuab vähem I/O-toiminguid võrreldes kettaseadmest toomisega.

Andmete salvestamine – kõva parsimine

Kui andmeid pole Buffer Vahemälu, vajalikud andmed otsitakse ketta andmesalvestusest. Seejärel salvestatakse andmed edaspidiseks kasutamiseks ka vahemällu.

Tehingujuht

Tehinguhaldurit kutsutakse välja siis, kui juurdepääsumeetod määrab, et päring ei ole SELECT-lause. See tagab andmete järjepidevuse ja püsivuse mitme alamkomponendi kaudu:

Logihaldur

Logihaldur hoiab track kõigist süsteemis tehtud uuendustest tehingulogides talletatud logide kaudu. Iga logikirje sisaldab logi järjekorranumbrit koos tehingu ID ja andmete muutmise kirjega. See mehhanism tracks kinnitatud ja tagasipööratud tehingud.

Lukuhaldur

Tehingu ajal lähevad seotud andmed salvestusruumis lukustatud olekusse. Lukustushaldur tegeleb selle protsessiga, tagades andmete järjepidevuse ja isolatsiooni. Neid omadusi tuntakse ka kui ACID (Atomjäikus, järjepidevus, isoleeritus, vastupidavus).

Täitmisprotsess

Täitmisprotsess järgib järgmisi samme:

1. Logihaldur alustab logimist ja lukustushaldur lukustab seotud andmed.
2. Andmete koopiat hoitakse Buffer Vahemälu.
3. Värskendatavate andmete koopia salvestatakse logisse Bufferja kõik sündmused värskendavad andmeid andmekaustas Buffer.
4. Lehekülgi, mis salvestavad muudetud andmeid, nimetatakse Räpased lehed.

Kontrollpunkti ja ettekirjutuse logimine

Kontrollpunkti protsess käivitub umbes kord minutis ja märgib kõik mustad lehed kettale kirjutamiseks. Leht suunatakse aga kõigepealt logifaili andmelehele. Buffer Logi. Seda mehhanismi tuntakse ettekirjutamise logimise nime all. Määrdunud lehed jäävad vahemällu ka pärast kettale kirjutamist.

laisk Writer

Kui SQL Server tuvastab suure koormuse ja uute tehingute jaoks on vaja puhvermälu, vabastab see vahemälust määrdunud lehed. Laisk Writer töötab LRU (Least Recently Used) algoritmil, et puhastada lehekülgi puhverbasseinist kettale.

Kuidas SQL Server päringut otsast lõpuni töötleb

Iga kihi eraldi mõistmine on väärtuslik, kuid tervikpildi selgitamiseks on oluline näha, kuidas need koos toimivad. Kui kliendirakendus saadab SQL-päringu, toimub järgmine järjestus:

. Protokollikiht võtab päringu vastu jagatud mälu, TCP/IP või nimeliste torude kaudu ja pakib selle TDS-paketti. Suhteline mootor Seejärel võtab ohjad üle: CMD parser kontrollib süntaksit ja semantikat, optimeerija genereerib odavaima täitmisplaani ja päringutäitja alustab andmete hankimist.

Päringu täitja kutsub Salvestusmootori Juurdepääsumeetod, mis suunab SELECT-päringud Buffer Haldur ja tehinguhaldurile suunatud muutmispäringud. Buffer Juhataja kontrollib plaani vahemälu ja Buffer Esmalt vahemällu salvestamine (pehme parsimine). Kui andmeid vahemällu ei salvestata, teostab see ketta lugemise (kõva parsimine). Kirjutamistoimingute puhul koordineerib tehinguhaldur logihaldurit, lukustushaldurit ja kontrollpunkti protsessi, et tagada ACID-vastavus.

Kui salvestusmootor tagastab taotletud andmed, vormindab relatsioonimootor tulemuste komplekti ja protokollikiht edastab selle sama TDS-protokolli kaudu kliendirakendusele tagasi.

Kuidas valida SQL Serveri ühenduste jaoks õige protokoll?

Õige protokolli valimine sõltub kliendi ja serveri vahelisest füüsilisest suhtest ning jõudlusnõuetest.

Kasuta jagatud mälu kui kliendirakendus töötab SQL Serveriga samas masinas. See on kiireim variant, kuna see välistab igasuguse võrgu üldkulu. See sobib ideaalselt kohalikuks arendamiseks, testimiseks ja ühe masina juurutamiseks.

Kasuta TCP/IP-d kui klient ja server asuvad erinevatel masinatel, mis on ühendatud WAN-võrgu või interneti kaudu. See on tootmiskeskkondades kõige sagedamini kasutatav protokoll. SQL Server kuulab vaikimisi porti 1433 ja see protokoll toetab krüptitud ühendusi TLS-i kaudu.

Kasutage nimelisi torusid kui klient ja server asuvad samas usaldusväärses kohtvõrgus ning sisevõrkude jõudlus on prioriteet. Named Pipes on vaikimisi keelatud ja see tuleb lubada SQL Serveri konfiguratsioonihalduri kaudu. See on tänapäevastes juurutustes vähem levinud, kuid on siiski kasulik pärand-sisevõrgurakenduste jaoks.

KKK