SQL server Archikiến trúc (Giải thích)

Ghi chú từ bàn Cấu hình/cài đặt:

• Để kết nối qua ống được đặt tên. Tùy chọn này bị tắt theo mặc định và cần được Trình quản lý cấu hình SQL bật.

TDS là gì?

Bây giờ chúng ta biết rằng có ba loại Client-Server Archicấu trúc, chúng ta hãy xem qua TDS:

• TDS là viết tắt của Luồng dữ liệu dạng bảng.
• Cả 3 giao thức đều sử dụng gói TDS. TDS được gói gọn trong các gói Mạng. Điều này cho phép truyền dữ liệu từ máy khách sang máy chủ.
• TDS được phát triển đầu tiên bởi Sybase và hiện thuộc sở hữu của Microsoft

Công cụ quan hệ

Công cụ quan hệ còn được gọi là Bộ xử lý truy vấn. Nó có SQL server các thành phần xác định chính xác những gì một truy vấn cần làm và cách thực hiện nó tốt nhất. Nó chịu trách nhiệm thực hiện các truy vấn của người dùng bằng cách yêu cầu dữ liệu từ công cụ lưu trữ và xử lý các kết quả được trả về.

Như được mô tả trong ArchiSơ đồ kiến ​​trúc có 3 thành phần chính của Động cơ quan hệ. Hãy nghiên cứu chi tiết các thành phần:

Trình phân tích cú pháp CMD

Dữ liệu sau khi nhận được từ Lớp giao thức sẽ được chuyển đến Công cụ quan hệ. “Trình phân tích cú pháp CMD” là thành phần đầu tiên của Công cụ quan hệ nhận dữ liệu Truy vấn. Công việc chính của CMD Parser là kiểm tra truy vấn Lỗi cú pháp và ngữ nghĩa. Cuối cùng, nó tạo Cây truy vấn. Hãy thảo luận chi tiết.

Kiểm tra cú pháp:

• Giống như mọi ngôn ngữ lập trình khác, MS SQL cũng có bộ Từ khóa được xác định trước. Ngoài ra, SQL Server có ngữ pháp riêng mà máy chủ SQL hiểu được.
• CHỌN, CHÈN, CẬP NHẬT và nhiều thứ khác thuộc danh sách Từ khóa được xác định trước của MS SQL.
• CMD Parser thực hiện kiểm tra cú pháp. Nếu dữ liệu nhập của người dùng không tuân theo các quy tắc ngữ pháp hoặc cú pháp ngôn ngữ này, nó sẽ trả về một lỗi.

Ví dụ: Giả sử một người Nga đến một nhà hàng Nhật Bản. Anh ấy gọi đồ ăn nhanh bằng tiếng Nga. Thật không may, người phục vụ chỉ hiểu tiếng Nhật. Kết quả rõ ràng nhất sẽ là gì?

Câu trả lời là – người phục vụ không thể xử lý thêm đơn hàng.

Không được có bất kỳ sai lệch nào về Ngữ pháp hoặc ngôn ngữ mà máy chủ SQL chấp nhận. Nếu có, máy chủ SQL không thể xử lý nó và do đó sẽ trả về thông báo lỗi.

Chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về truy vấn MS SQL trong các hướng dẫn sắp tới. Tuy nhiên, hãy xem xét Cú pháp truy vấn cơ bản nhất bên dưới như

SELECT * from <TABLE_NAME>;

Bây giờ, để hiểu rõ cú pháp làm gì, hãy giả sử người dùng chạy truy vấn cơ bản như sau:

SELECR * from <TABLE_NAME>

Lưu ý rằng thay vì 'CHỌN', người dùng đã nhập “SELECR.”

Kết quả: Trình phân tích cú pháp CMD sẽ phân tích câu lệnh này và sẽ đưa ra thông báo lỗi. Vì “SELECR” không tuân theo tên và ngữ pháp từ khóa được xác định trước. Ở đây CMD Parser đang mong đợi “CHỌN”.

Kiểm tra ngữ nghĩa:

• Việc này được thực hiện bởi Bộ chuẩn hóa.
• Ở dạng đơn giản nhất, nó kiểm tra xem tên Cột, tên bảng đang được truy vấn có tồn tại trong Lược đồ hay không. Và nếu nó tồn tại, hãy liên kết nó với Truy vấn. Điều này còn được gọi là Binding.
• Độ phức tạp tăng lên khi truy vấn của người dùng chứa VIEW. Normalizer thực hiện thay thế bằng định nghĩa view được lưu trữ nội bộ và nhiều hơn nữa.

Hãy hiểu điều này với sự trợ giúp của ví dụ dưới đây -

SELECT * from USER_ID

Kết quả: Trình phân tích cú pháp CMD sẽ phân tích câu lệnh này để kiểm tra ngữ nghĩa. Trình phân tích cú pháp sẽ đưa ra thông báo lỗi vì Trình chuẩn hóa sẽ không tìm thấy bảng được yêu cầu (USER_ID) vì nó không tồn tại.

Tạo cây truy vấn:

• Bước này tạo ra cây thực thi khác nhau để có thể chạy truy vấn.
• Lưu ý rằng, tất cả các cây khác nhau đều có cùng kết quả mong muốn.

Trình tối ưu hóa

Công việc của trình tối ưu hóa là tạo kế hoạch thực hiện cho truy vấn của người dùng. Đây là kế hoạch sẽ xác định cách thực hiện truy vấn của người dùng.

Lưu ý rằng không phải tất cả các truy vấn đều được tối ưu hóa. Tối ưu hóa được thực hiện cho các lệnh DML (Ngôn ngữ sửa đổi dữ liệu) như CHỌN, CHÈN, XÓA và CẬP NHẬT. Các truy vấn như vậy trước tiên được đánh dấu sau đó gửi đến trình tối ưu hóa. Các lệnh DDL như CREATE và ALTER không được tối ưu hóa mà thay vào đó chúng được biên dịch thành dạng nội bộ. Chi phí truy vấn được tính dựa trên các yếu tố như mức sử dụng CPU, mức sử dụng bộ nhớ và nhu cầu Đầu vào/Đầu ra.

Vai trò của trình tối ưu hóa là tìm ra kế hoạch thực hiện rẻ nhất, không phải là tốt nhất, tiết kiệm chi phí.

Trước khi chúng ta đi vào chi tiết kỹ thuật hơn của Trình tối ưu hóa, hãy xem xét ví dụ thực tế bên dưới:

Ví dụ:

Giả sử bạn muốn mở một tài khoản Ngân hàng trực tuyến. Bạn đã biết về một Ngân hàng mất tối đa 2 ngày để mở tài khoản. Tuy nhiên, bạn cũng có danh sách 20 ngân hàng khác, việc này có thể mất ít hơn 2 ngày hoặc không. Bạn có thể bắt đầu tương tác với các ngân hàng này để xác định ngân hàng nào mất ít hơn 2 ngày. Bây giờ, bạn có thể không tìm thấy ngân hàng nào mất ít hơn 2 ngày và mất thêm thời gian do chính hoạt động tìm kiếm. Sẽ tốt hơn nếu mở một tài khoản ở chính ngân hàng đầu tiên.

Kết luận: Điều quan trọng hơn là phải lựa chọn một cách khôn ngoan. Nói một cách chính xác, hãy chọn lựa chọn là tốt nhất, không phải là rẻ nhất.

Tương tự, MS Trình tối ưu hóa SQL hoạt động trên các thuật toán toàn diện/heuristic sẵn có. Mục đích là giảm thiểu thời gian chạy truy vấn. Tất cả các thuật toán tối ưu hóa đều sự đúng đắn của Microsoft và một bí mật. Mặc dù, bên dưới là các bước cấp cao được thực hiện bởi MS SQL Optimizer. Tìm kiếm Tối ưu hóa tuân theo ba giai đoạn như được hiển thị trong sơ đồ bên dưới:

Giai đoạn 0: Tìm kiếm kế hoạch tầm thường:

• Điều này còn được gọi là Giai đoạn tiền tối ưu hóa.
• Trong một số trường hợp, chỉ có thể có một kế hoạch thực tế, khả thi, được gọi là kế hoạch tầm thường. Không cần phải tạo một kế hoạch tối ưu. Lý do là, tìm kiếm nhiều hơn sẽ dẫn đến việc tìm thấy cùng một kế hoạch thực thi thời gian chạy. Điều đó cũng có thêm chi phí Tìm kiếm Kế hoạch tối ưu mà hoàn toàn không cần thiết.
• Nếu không tìm thấy gói Trivial thì 1^st Giai đoạn bắt đầu.

Giai đoạn 1: Tìm kiếm phương án xử lý giao dịch

• Điều này bao gồm việc tìm kiếm Kế hoạch đơn giản và phức tạp.
• Tìm kiếm kế hoạch đơn giản: Dữ liệu trước đây của cột và chỉ mục liên quan đến Truy vấn, sẽ được sử dụng để phân tích thống kê. Điều này thường bao gồm nhưng không giới hạn ở một Chỉ mục trên mỗi bảng.
• Tuy nhiên, nếu không tìm thấy kế hoạch đơn giản, thì sẽ tìm kiếm Kế hoạch phức tạp hơn. Nó bao gồm Nhiều chỉ mục trên mỗi bảng.

Giai đoạn 2: Xử lý song song và tối ưu hóa.

• Nếu không có chiến lược nào ở trên hoạt động, Trình tối ưu hóa sẽ tìm kiếm các khả năng Xử lý song song. Điều này phụ thuộc vào khả năng xử lý và cấu hình của Máy.
• Nếu điều đó vẫn không thể thực hiện được thì giai đoạn tối ưu hóa cuối cùng sẽ bắt đầu. Bây giờ, mục tiêu tối ưu hóa cuối cùng là tìm tất cả các tùy chọn có thể khác để thực hiện truy vấn theo cách tốt nhất. Giai đoạn tối ưu hóa cuối cùng Algorithms đang Microsoft Sự đúng đắn.

Trình thực thi truy vấn

Lệnh gọi của người thực thi truy vấn Phương pháp truy cập. Nó cung cấp một kế hoạch thực hiện logic tìm nạp dữ liệu cần thiết để thực thi. Sau khi nhận được dữ liệu từ Storage Engine, kết quả sẽ được xuất bản lên lớp Giao thức. Cuối cùng, dữ liệu được gửi đến người dùng cuối.

Công cụ lưu trữ

Công việc của Storage Engine là lưu trữ dữ liệu trong hệ thống lưu trữ như Disk hoặc SAN và truy xuất dữ liệu khi cần. Trước khi đi sâu vào Công cụ lưu trữ, chúng ta hãy xem cách dữ liệu được lưu trữ trong Cơ sở dữ liệu và loại tập tin có sẵn.

Tệp dữ liệu và mức độ:

Data File, lưu trữ vật lý dữ liệu dưới dạng các trang dữ liệu, với mỗi trang dữ liệu có kích thước 8KB, tạo thành đơn vị lưu trữ nhỏ nhất trong SQL Server. Các trang dữ liệu này được nhóm lại một cách hợp lý để tạo thành phạm vi. Không có đối tượng nào được gán một trang trong SQL Server.

Việc bảo trì đối tượng được thực hiện thông qua các phạm vi. Trang này có một phần được gọi là Tiêu đề trang với kích thước 96 byte, mang thông tin siêu dữ liệu về trang như Loại trang, Số trang, Kích thước không gian đã sử dụng, Kích thước không gian trống và Con trỏ tới trang tiếp theo và trang trước đó , vân vân.

Loại tập tin

1. Tệp chính

• Mỗi cơ sở dữ liệu chứa một tệp Chính.
• Điều này lưu trữ tất cả dữ liệu quan trọng liên quan đến bảng, dạng xem, Trình kích hoạt, v.v.
• Phần mở rộng là .mdf thông thường nhưng có thể có bất kỳ phần mở rộng nào.

2. Tệp phụ

• Cơ sở dữ liệu có thể chứa hoặc không chứa nhiều tệp phụ.
• Đây là tùy chọn và chứa dữ liệu cụ thể của người dùng.
• Phần mở rộng là .naf thông thường nhưng có thể có bất kỳ phần mở rộng nào.

3. Tệp nhật ký

• Còn được gọi là Nhật ký viết trước.
• Phần mở rộng là .ldf
• Được sử dụng để quản lý giao dịch.
• Điều này được sử dụng để phục hồi từ bất kỳ trường hợp không mong muốn nào. Thực hiện nhiệm vụ quan trọng là Rollback các giao dịch chưa được cam kết.

Công cụ lưu trữ có 3 thành phần; Chúng ta hãy xem xét chúng một cách chi tiết.

Phương thức truy cập

Nó hoạt động như một giao diện giữa người thực thi truy vấn và Buffer Nhật ký giao dịch/Người quản lý.

Bản thân Phương thức truy cập không thực hiện bất kỳ sự thực thi nào.

Hành động đầu tiên là xác định xem truy vấn có phải là:

1. Chọn câu lệnh (DDL)
2. Tuyên bố không chọn (DDL & DML)

Tùy thuộc vào kết quả, Phương pháp Access sẽ thực hiện các bước sau:

1. Nếu truy vấn là DDL, câu lệnh SELECT, truy vấn sẽ được chuyển tới Buffer Quản Lý để xử lý thêm.
2. Và nếu truy vấn nếu Câu lệnh DDL, KHÔNG CHỌN, truy vấn sẽ được chuyển đến Trình quản lý giao dịch. Điều này chủ yếu bao gồm câu lệnh UPDATE.

Buffer Quản Lý

Buffer manager quản lý các chức năng cốt lõi cho các module bên dưới:

• Lập kế hoạch bộ đệm
• Phân tích cú pháp dữ liệu: Buffer bộ nhớ đệm & lưu trữ dữ liệu
• Trang bẩn

Chúng ta sẽ học Kế hoạch, Buffer và Bộ đệm dữ liệu trong phần này. Chúng tôi sẽ bao gồm các trang bẩn trong phần Giao dịch.

Lập kế hoạch bộ đệm

• Kế hoạch truy vấn hiện có: Trình quản lý bộ đệm kiểm tra xem kế hoạch thực thi có trong Bộ đệm kế hoạch được lưu trữ hay không. Nếu có, thì bộ đệm kế hoạch truy vấn và bộ đệm dữ liệu liên quan của nó sẽ được sử dụng.
• Gói Cache lần đầu: Bộ đệm Plan hiện tại đến từ đâu?Nếu kế hoạch thực thi truy vấn lần đầu tiên đang được chạy và phức tạp, thì việc lưu trữ nó trong bộ đệm Plane là hợp lý. Điều này sẽ đảm bảo tính khả dụng nhanh hơn khi lần tiếp theo SQL Server nhận được cùng một truy vấn. Vì vậy, không có gì khác ngoài chính truy vấn mà thực thi Plan đang được lưu trữ nếu nó được chạy lần đầu tiên.

Phân tích cú pháp dữ liệu: Buffer bộ nhớ đệm & lưu trữ dữ liệu

Buffer người quản lý cung cấp quyền truy cập vào dữ liệu cần thiết. Có thể thực hiện hai cách tiếp cận dưới đây tùy thuộc vào việc dữ liệu có tồn tại trong bộ đệm dữ liệu hay không:

Buffer Bộ đệm - Phân tích cú pháp mềm:

Buffer Người quản lý tìm kiếm Dữ liệu trong Buffer trong Bộ đệm dữ liệu. Nếu có thì Dữ liệu này sẽ được Trình thực thi truy vấn sử dụng. Điều này cải thiện hiệu suất vì số lượng thao tác I/O giảm khi tìm nạp dữ liệu từ bộ đệm so với tìm nạp dữ liệu từ Bộ lưu trữ dữ liệu.

Lưu trữ dữ liệu - Phân tích cú pháp cứng:

Nếu dữ liệu không có trong Buffer Trình quản lý hơn yêu cầu Dữ liệu được tìm kiếm trong Bộ lưu trữ dữ liệu. Nếu cũng lưu trữ dữ liệu trong bộ đệm dữ liệu để sử dụng trong tương lai.

Trang bẩn

Nó được lưu trữ dưới dạng logic xử lý của Trình quản lý giao dịch. Chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết ở phần Trình quản lý giao dịch.

Người quản lý giao dịch

Trình quản lý giao dịch được gọi khi phương thức truy cập xác định rằng Truy vấn là câu lệnh Không chọn.

Trình quản lý nhật ký

• Trình quản lý nhật ký theo dõi tất cả các cập nhật được thực hiện trong hệ thống thông qua nhật ký trong Nhật ký giao dịch.
• Nhật ký có Ghi lại số thứ tự với ID giao dịch và bản ghi sửa đổi dữ liệu.
• Điều này được sử dụng để theo dõi Giao dịch đã cam kết và hoàn trả giao dịch.

Trình quản lý khóa

• Trong khi Giao dịch, dữ liệu liên quan trong Bộ lưu trữ dữ liệu ở trạng thái Khóa. Quá trình này được xử lý bởi Lock Manager.
• Quá trình này đảm bảo tính nhất quán và cách ly dữ liệu. Còn được gọi là thuộc tính ACID.

Quá trình thực hiện

• Trình quản lý nhật ký bắt đầu ghi nhật ký và Trình quản lý khóa khóa dữ liệu liên quan.
• Bản sao của dữ liệu được duy trì trong Buffer bộ nhớ cache.
• Bản sao dữ liệu cần cập nhật được lưu trong bộ đệm Nhật ký và tất cả các sự kiện đều cập nhật dữ liệu trong bộ đệm Dữ liệu.
• Các trang lưu trữ dữ liệu còn được gọi là trang bẩn.
• Điểm kiểm tra và ghi nhật ký ghi trước: Quá trình này chạy và đánh dấu tất cả các trang từ Trang bẩn đến Đĩa, nhưng trang này vẫn còn trong bộ đệm. Tần suất khoảng 1 lần chạy mỗi phút. Nhưng trang đầu tiên được đẩy tới trang Dữ liệu của tệp nhật ký từ Buffer nhật ký. Điều này được gọi là Viết nhật ký trước.
• Nhà văn lười biếng: Trang Bẩn có thể vẫn còn trong bộ nhớ. Khi máy chủ SQL quan sát thấy một lượng tải lớn và Buffer bộ nhớ cần thiết cho một giao dịch mới, nó sẽ giải phóng các Trang bẩn khỏi bộ đệm. Nó hoạt động trên LRU – Thuật toán ít được sử dụng gần đây nhất để dọn dẹp trang từ vùng đệm vào đĩa.

Tổng kết

• Ba loại máy chủ khách hàng Archicấu trúc tồn tại: 1) Bộ nhớ dùng chung 2) TCP/IP 3) Đường ống được đặt tên
• TDS, được phát triển bởi Sybase và hiện thuộc sở hữu của Microsoft, là gói được gói gọn trong các gói Mạng để truyền dữ liệu từ máy khách sang máy chủ.
• Công cụ quan hệ chứa ba thành phần chính:Trình phân tích cú pháp CMD: Điều này chịu trách nhiệm về lỗi Cú pháp và Ngữ nghĩa và cuối cùng tạo ra Cây truy vấn.Trình tối ưu hóa: Vai trò của người tối ưu hóa là tìm ra kế hoạch thực hiện rẻ nhất chứ không phải tốt nhất, tiết kiệm chi phí.

  Người thực thi truy vấn: Người thực thi truy vấn gọi Phương thức truy cập và cung cấp kế hoạch thực thi cho logic tìm nạp dữ liệu cần thiết để thực thi.

• Có ba loại tệp tồn tại Tệp chính, Tệp phụ và Tệp nhật ký.
• Storage Engine: Có các thành phần quan trọng sauPhương thức truy cập: Thành phần này Xác định xem truy vấn là Câu lệnh Chọn hay Không Chọn. Gọi Buffer và Trình quản lý chuyển nhượng tương ứng.Buffer Quản lý: Buffer người quản lý quản lý các chức năng cốt lõi cho Plan Cache, Phân tích cú pháp dữ liệu & Trang bẩn.

  Người quản lý giao dịch: Nó quản lý Giao dịch không chọn với sự trợ giúp của Trình quản lý nhật ký và khóa. Ngoài ra, còn tạo điều kiện triển khai quan trọng tính năng ghi nhật ký Write Ahead và Lazy writer.