[SQL Server 2014] SQL Server 2014新特性探秘

SQL Server 2014新特性探秘(1)-内存数据库

 

简介

SQL Server 2014提供了众多激动人心的新功能，但其中我想最让人期待的特性之一就要算内存数据库了。去年我再西雅图参加SQL PASS Summit 2012的开幕式时，微软就宣布了将在下一个SQL Server版本中附带代号为Hekaton的内存数据库引擎。现在随着2014CTP1的到来，我们终于可以一窥其面貌。

内存数据库

在传统的数据库表中，由于磁盘的物理结构限制，表和索引的结构为B-Tree，这就使得该类索引在大并发的OLTP环境中显得非常乏力，虽然有很多办法来解决这类问题，比如说乐观并发控制，应用程序缓存，分布式等。但成本依然会略高。而随着这些年硬件的发展，现在服务器拥有几百G内存并不罕见，此外由于NUMA架构的成熟，也消除了多CPU访问内存的瓶颈问题，因此内存数据库得以出现。

内存的学名叫做Random Access Memory（RAM），因此如其特性一样，是随机访问的，因此对于内存，对应的数据结构也会是Hash-Index，而并发的隔离方式也对应的变成了MVCC，因此内存数据库可以在同样的硬件资源下，Handle更多的并发和请求，并且不会被锁阻塞，而SQL Server 2014集成了这个强大的功能，并不像Oracle的TimesTen需要额外付费，因此结合SSD AS Buffer Pool特性，所产生的效果将会非常值得期待。

SQL Server内存数据库的表现形式

在SQL Server的Hekaton引擎由两部分组成：内存优化表和本地编译存储过程。虽然Hekaton集成进了关系数据库引擎，但访问他们的方法对于客户端是透明的，这也意味着从客户端应用程序的角度来看，并不会知道Hekaton引擎的存在。如图1所示。

图1.客户端APP不会感知Hekaton引擎的存在

首先内存优化表完全不会再存在锁的概念（虽然之前的版本有快照隔离这个乐观并发控制的概念，但快照隔离仍然需要在修改数据的时候加锁），此外内存优化表Hash-Index结构使得随机读写的速度大大提高，另外内存优化表可以设置为非持久内存优化表，从而也就没有了日志（适合于ETL中间结果操作，但存在数据丢失的危险）

下面我们来看创建一个内存优化表：

首先，内存优化表需要数据库中存在一个特殊的文件组，以供存储内存优化表的CheckPoint文件，与传统的mdf或ldf文件不同的是，该文件组是一个目录而不是一个文件，因为CheckPoint文件只会附加，而不会修改，如图2所示。

图2.内存优化表所需的特殊文件组

我们再来看一下内存优化文件组的样子，如图3所示。

图3.内存优化文件组

有了文件组之后，接下来我们创建一个内存优化表，如图4所示。

图4.创建内存优化表

目前SSMS还不支持UI界面创建内存优化表，因此只能通过T-SQL来创建内存优化表，如图5所示。

图5.使用代码创建内存优化表

当表创建好之后，就可以查询数据了，值得注意的是，查询内存优化表需要snapshot隔离等级或者hint，这个隔离等级与快照隔离是不同的，如图6所示。

图6.查询内存优化表需要加提示

此外，由创建表的语句可以看出，目前SQL Server 2014内存优化表的Hash Index只支持固定的Bucket大小，不支持动态分配Bucket大小，因此这里需要注意。

与内存数据库不兼容的特性

目前来说，数据库镜像和复制是无法与内存优化表兼容的，但AlwaysOn，日志传送，备份还原是完整支持。

性能测试

上面扯了一堆理论，大家可能都看郁闷了。下面我来做一个简单的性能测试，来比对使用内存优化表+本地编译存储过程与传统的B-Tree表进行对比，B-Tree表如图7所示，内存优化表+本地编译存储过程如图8所示。

图7.传统的B-Tree表

图8.内存优化表+本地编译存储过程

因此不难看出，内存优化表+本地编译存储过程有接近几十倍的性能提升。

SQL Server 2014新特性探秘(2)-SSD Buffer Pool Extension

 

简介

SQL Server 2014中另一个非常好的功能是，可以将SSD虚拟成内存的一部分，来供SQL Server数据页缓冲区使用。通过使用SSD来扩展Buffer-Pool，可以使得大量随机的IOPS由SSD来承载，从而大量减少对于数据页的随机IOPS和PAGE-OUT。

SSD AS Buffer Pool

SSD是固态硬盘，不像传统的磁盘有磁头移动的部分，因此随机读写的IOPS远远大于传统的磁盘。将SSD作为Buffer Pool的延伸，就可以以非常低的成本巨量的扩充内存。而传统的模式是内存只能容纳下热点数据的一小部分，从而造成比较大的Page-Out，如图1所示。

图1.大量随机的IOPS需要由磁盘阵列所承担

但如果考虑到将SSD加入计算机的存储体系，那么内存可以以非常低的成本扩展到约等于热点数据，不仅仅是提升了性能，还可以减少IO成本，如图2所示。

图2.扩展后内存几乎能HOLD所有热点数据

由图1和图2的对比可以看出，扩展后可以使用更便宜的SATA存储。此外，该特性是透明的，无需应用程序端做任何的改变。

此外，该特性为了避免数据的丢失，仅仅在作为缓冲区的SSD中存储Buffer Pool的Clean Page，即使SSD出现问题，也只需要从辅助存储中Page In页即可。

最后，该特性对于NUMA进行了特别优化，即使拥有超过8个Socket的系统，CPU也能无障碍的访问内存。

启用BUFFER Pool Extension

在SQL Server 2014总，启用Buffer Pool Extension非常简单，仅仅需要拥有SysAdmin权限后，输入一个T-SQL语句即可，如图3所示。

图3.启用Buffer Pool Extension

对应的，我们可以在物理磁盘中看到这个扩展文件，该文件的性能和Windows的虚拟内存文件非常类似，如图4所示。

图4.对应的Buffer Pool扩展文件

但这里值得注意的是，我们启用的内存扩展无法小于物理内存或阈值，否则会报错，如图5所示。

图5.报错信息

对于该功能，SQL Server引入了一个全新的DMV和在原有的DMV上加了一列，来描述Buffer Pool Extention，如图6所示。

图6.引入的新的DMV和对于原有DMV的更新

此外，对于该特性的监控，SQL Server还引入了大量与之相关的计数器，如图7所示。

图7.相关计数器

小结

SQL Server Buffer Pool Extension给我们提供了以更低成本来满足更高企业级需求的可能，结合内存数据库，未来的可能性将无限延伸。