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      1. SQL Server 2014內存數據庫深度解析
        2015/04/13/技術控

        一、內存數據庫出現的背景

          在傳統的數據庫表中,由于磁盤的物理結構限制,OLTP類操作引起的隨機查找會給IO系統帶來高昂的開銷,因此傳統的表和索引的結構設計為使用B-Tree而盡量減少隨機查找,但由于機械磁盤和數據庫鎖的存在,B-Tree結構在處理大并發的OLTP環境時就顯得非常乏力,雖然有很多辦法來解決這類問題,比如說樂觀并發控制、應用程序緩存、分布式架構等,但采用上述方案會導致修改引用程序,這不僅成本高且風險極大。而隨著這些年硬件的發展,現在服務器擁有幾百G內存并不罕見,此外由于硬件NUMA架構的成熟,也消除了多CPU訪問內存的瓶頸問題,因此具備了使用新方式來處理更大并發和數據量的條件,這種新的方式就是使用內存計算技術。

          內存的學名叫做Random Access Memory(RAM),因此如其特性一樣,是隨機訪問的,因此對于內存,隨機查找不會引入額外開銷,使用Hash-Index這樣的數據結構更符合內存的特性,而對應并發的隔離方式也對應的變成了MVCC(多版本并發控制),從而消除了鎖引入的性能瓶頸。因此內存數據庫可以在同樣的硬件資源下,處理更多的并發和請求,并且不會被鎖阻塞,在SQL Server 2014中,集成了這個強大的內存數據引擎,如果結合SSD AS Buffer Pool特性,所產生的效果將會非常值得期待。

          二、SQL Server內存數據庫的組成和表現形式

          在SQL Server 2014的內存數據庫引擎由兩部分組成:內存優化表和本地編譯存儲過程。雖然內存數據庫集成進入關系數據庫引擎,但訪問內存數據庫的方法對于客戶端來說是透明的,這也意味著從客戶端應用程序的角度來看,并不會知道內存數據庫引擎的存在。如圖1所示。

        內存數據庫出現的背景
        ▲圖1.客戶端APP不會感知Hekaton引擎的存在

          首先內存優化表完全不會再存在鎖的概念(雖然之前的版本有快照隔離這個樂觀并發控制的概念,但快照隔離仍然需要在修改數據的時候加鎖),此外內存優化表Hash-Index結構使得隨機讀寫的速度極大提高,內存優化表還可以設置為使用非持久化日志,既數據既不寫日志,也不會CheckPoint到磁盤,從而極大的降低了IO壓力(適合于ETL中間結果操作,或者其他允許丟失數據的場景),這樣一來也可以消除寫日志引入的性能瓶頸。

          下面來創建一個內存優化表:

          首先,內存優化表需要數據庫中存在一個特殊的文件組,以供存儲內存優化表的CheckPoint文件,與傳統的mdf或ldf文件不同的是,該文件組是一個目錄而不是一個文件,因為CheckPoint文件只會將新增的數據附加在到新的CheckPoint文件,而不會修改現有的CheckPoint文件,如圖2所示。

        內存數據庫出現的背景
        ▲圖2.內存優化表所需的特殊文件組

          下面再來看一下內存優化文件組在磁盤系統的存儲形式,如圖3所示。

        內存數據庫出現的背景
        ▲圖3.內存優化文件組

          創建完內存優化文件組之后,接下來再創建一個內存優化表,如圖4所示。

        內存數據庫出現的背景
        ▲圖4.創建內存優化表

          目前SSMS還不支持UI界面創建內存優化表,因此只能通過T-SQL來創建內存優化表,如圖5所示。

        內存數據庫出現的背景
        ▲圖5.使用代碼創建內存優化表

          這里創建一個簡單的內存優化表,這里上述設置Hash Bucket為1024,目前SQL Server 2014還不支持動態的Hash Bucket,因此必須手動設置該值。表中設置了Memory_Optimized為ON意味著表是內存優化表,而Durability設置為Schema_And_Data則意味著內存優化表中數據也是持久化,這意味著除非啟用了SQL Server 2014的延遲寫特性,數據不會由于異常情況導致丟失。

          當表創建好之后,就可以查詢數據了,值得注意的是,查詢內存優化表需要snapshot隔離等級或者hint,這個隔離等級與快照隔離是不同的,如圖6所示。

        內存數據庫出現的背景
        ▲圖6.查詢內存優化表需要加提示


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