Sql Server来龙去脉系列之二框架和配置

　　本节主要讲维持数据的元数据，以及数据库框架结构、内存管理、系统配置等。这些技术点在我们使用数据库时很少接触到，但如果要深入学习Sql Server这一章节也是不得不看。本人能力有限不能把所有核心的知识点理解透，所以有些描述的也不是很清楚。但当接下来的几个章节学习后再复习这些知识点应该能更容易理解。

数据库对象

　　数据库维持了一系列表存储所有对象、数据类型/约束/配置项/资源等，在2008种我们叫他们为system base tables，并且这些表我们默认是看不到的。我们可以通过管理员登陆数据库，然后执行脚本：

　　　　USE master;

　　　　SELECT name FROM sys.objects

　　　　WHERE type_desc = 'SYSTEM_TABLE';

　　能查看到几十条数据。一般我们是不能查看到这些表里边的任何数据，只有通过DAC方式连接数据库才能查看到数据。这些数据主要被数据库引擎使用。

目录视图

　　什么是目录视图，目录视图作为常规接口用来维持系统的原数据。所有的目录视图命名都是以sys开始。例如，sys.objects;

SELECT * FROM sys.objects;

从表中我们可以看出，包含了定义的系统表以及用户表以及表的外键、约束等。为了直观说明，我们创建两张表：

　　create table hvi_Customer(

　　　　 id int not null identity(1, 1) primary key,

　　　　 [name] nvarchar(20) not null

　　)

　　create table [hvi_Order](

　　　　 id int not null identity(1, 1) primary key,

　　　　createtime date not null,

　　　　cus_id int not null foreign key references hvi_Customer(id)

　　)

　　再执行SELECT * FROM sys.objects where type_desc <> 'SYSTEM_TABLE'。结果如图：

　　可以看出我们定义的外间主键都是一个对象实例。

系统函数

　　系统函数也叫做属性函数，属性函数从数据库对象提供给我们某些属性的值。在sql server 2008中包括以下系统函数：　

　 ■SERVERPROPERTY

■ COLUMNPROPERTY

■ DATABASEPROPERTY

■ DATABASEPROPERTYEX

■ INDEXPROPERTY

■ INDEXKEY_PROPERTY

■ OBJECTPROPERTY

■ OBJECTPROPERTYEX

■ SQL_VARIANT_PROPERTY

■ FILEPROPERTY

■ FILEGROUPPROPERTY

■ TYPEPROPERTY

■ CONNECTIONPROPERTY

■ ASSEMBLYPROPERTY

　　例如我们想查看msdb数据库的Recovery属性，可执行语句SELECT DATABASEPROPERTYEX('msdb', 'Recovery')。结果如下：

然后我们从sys.databases中查找：SELECT name, recovery_model, recovery_model_desc FROM sys.databases。结果如下：

　　可以看出通过系统函数DATABASEPROPERTYEX查询msdb中Recovery属性的值即为SIMPLE。系统函数也提供了一些缩写函数方便我们访问目录视图。例如DB_ID函数通过插入数据库名查看数据库的ID。使用下面的语句查看数据库ID

　　SELECT database_id

　　FROM sys.databases

　　WHERE name = 'heavi_case1';

　　同样我们也可以使用DB_ID函数来查看数据库ID：

　　SELECT DB_ID('heavi_case1');

数据库引擎组件

　　首先给大家看一张图看看数据库引擎包括哪些组件。

　　通过上图可以看出数据库四个主要的组件分别是查询处理器（query processor）、存储引擎(Storage engin)、数据库操作系统（SQLOS）、协议层（Protocol Layer,没有在图中展示出来）。这四个组件分别有什么用？

　　（1）协议层：把接收到的请求翻译到一张表中以至于查询处理器能处理。也可以把把最终的执行结果返回给客户端；

　　（2）查询处理器：转换、编译、优化、处理查询；

　　（3）存储引擎：如果请求的sql包含数据，需要保存到存储引擎。管理所有数据访问。

　　（4）SQLOS：通常执行系统职责，例如线程管理、同步机制、死锁处理、内存管理、缓存管理等；

　　接下来分别对这四个组件作介绍。

数据库协议

　　数据库通过协议层提供编程接口API，并且数据传递格式采用微软自定义的表数据流包（tabular data stream (TDS) packet），客户端也是通过TDS包和数据库交互数据。数据库包含的协议有：

　　1）Shared Memory：共享内存，只能在同一台

　　2）Named Pipes：在local area networks (LANs)下使用的协议。命名管道协议可以把消息从一个进程传递到另一个进程中。并且这两个进程可以在同一台PC或者不同的PC上。

　　3）TCP/IP：数据库使用最广泛的协议。

　　4）Virtual Interface Adapter (VIA)

查询优化器（Query Optmizer）

　　查询优化器从内存、CPU、I/O操作数来优化处理查询语句，检查数据表的影响次数、查找表索引和关联列等。

存储引擎(Storage engin)

　　存储引擎主要由访问方法、锁以及事物服务、工具命令三部分组成。

　　（1）访问方法：当数据库定位数据时需要使用“访问方法”。随后访问方法预览数据页和索引页，把查询的数据返回给查询处理器。相似的，访问方法也接收从客户端传来的数据，打开表然后更新数据。

（2）事物服务：说道事物就不得不说事物的ACID特性。Atomicity：原子性。要么都提交，要么都不提交；Consistency，一致性；Isolation：隔离性；Durability：持久性。当要给事务正在执行时数据库发生异常。那么该事务不会执行。

　　（3）锁操作：是多用户数据库的关键功能，从不同的隔离级别保证数据的同步性；

SQLOS（SQL 操作系统）

　　 SQLOS运行于数据库引擎最底层，计划和内存管理是SQLOS最重要的两个功能。其他功能包括：

（1）同步器：同步对象包括互斥锁、读写锁、旋转锁等；

（2）内存管理器：为不同的Component分配内存；

（3）数据库异常处理器：解决处置用户错误；

（4）死锁检测器：不解决死锁而是检查死锁情况；

（5）I/O异步处理器：请求调用I/O操作时保证系统能继续执行；

Sql Server 2008的NUMA框架

　　NUMA（non Uniform Memory Access Architecture）叫做非统一内存访问框架。 NUMA框架好处是可量化，遵循对称性架构（SMP），所有的内存访问都通过同一个内存栈，如果CPU比较少时这么模式工作还好。但如果多CPU都集中访问共一个系统栈就非常影响性能。NUMA限制了一个内存栈的CPU数量，每组进程有自己的内存和I/O通道。每一个组叫做NUMA节点，节点之间通过一条高速部内连接器交互，每一个节点的CPU数量依赖于具体的硬件设备。NUMA框架结构图如下：

内存管理

　　默认情况下，Sql Server 2008几乎是完全动态的管理内存资源。当分配内存时数据库差不多一直保持和SQLOS交互。所以说SQLOS是数据库非常重要的底层组件。

缓冲池和数据缓存

　　数据库主要的内存组件是缓存池（Buffer Pool）。缓存池中的所有内存被用作缓存从磁盘上读取的页数据。缓存管理器管理磁盘操作，把数据和索引页保存到数据缓存，以至于数据能够被用户共享。当其他组件需要内存时要从缓存池中申请。一个缓存在数据库中也是按照页形式存储，和数据以及索引页有相同的尺寸。你可以理解为一个缓存区是处理数据库中页的一个框架。很多的缓存区减少其他内存组件的缓存池然后转变成各种内存缓存。例如缓存存储过程和执行计划的缓存我们经常称为计划缓存。

访问内存数据页

　　访问数据缓存中的页的速度必须非常快，数据缓存中的页我们通过hash方式快速访问。hash表包含了一组指针数据映射到真实的缓冲页上。如果所有的指针映射不能存放到一张hash页上，则这些指针被串联到一个hash页中。hash的主键一般是一个dbid-fi leno-pageno identifier(数据库ID、文件Number、页面Number的组合体)，hash表维持了一个索引和特殊页的关联关系。通过hash方法，即使存在大量的内存数据，数据库也能快速从内存中找到特殊的数据页。同理，仅仅少量内存读取就可以决定期望的页面是否存在缓存中，是否需要从磁盘中读取。

管理数据缓存中的页

　　你能使用一张数据页或者索引页如果它存在内存中。因此，数据缓存中必须存在一个缓冲区用来读取页。保持有效缓存的即时供应是重要的性能优化。如果一个缓存区不能有效读取，许多内存页不得不查找一个缓存区清空用来作为工作区。

Sql Server 2008提供一个单机制用来负责保存改动页到磁盘上，标记那些一段时间没有被引用的页。数据库维持了一个空页面的地址链表。任何工作者可从这个链表第一页获取空缓存页。

Sql Server 2008配置

配置网络协议

　　想要连接数据库服务，SQL Native Client必须安装在客户端机器上并且配置了连接协议。它被用来访问OLEDB和ODBC。数据库配置可以设置数据库支持一种或者多种协议。比如配置成Shared Memory protocol，那客户端和服务必须在同一台电脑上。我们也可以通过动态管理视图（DMV）的sys.dm_exec_connections来查看当前连接的协议。执行指令：

　SELECT net_transport FROM sys.dm_exec_connections WHERE session_id = @@SPID;

　　返回结果：。因为我们在同一台电脑上访问，直接通过共享内存协议速度最快。如果通过不同的电脑访问，改协议就不支持。Sql Server 2008开发、评估、Express版本默认是没有开启TCP/IP协议。下图展示了2008各个版本的默认协议设置　　

Sql Server浏览器（Sql Server Brower）

数据库预览器是特别重要服务之一，它用来监听数据库资源请求，提供数据库实体的信息。在sql server 2000时，数据库仅仅监听1433端口，同一时间一个端口只能被一个连接使用，没有多实体的概念。sql server 2000后来推出SQL Server Resolution Protocol (SSRP)支持多实例。SSRP监听1434的UDP端口，监听器使用实体的名称回应客户端，从sql server2005之后一直使用 SQL Server Browser service代替SSRP。

如果Sql Server预览器服务没有启动，你不能连接数据库除非你提供了正确的端口。但以下的连接是不能正常工作：

1）连接命名实体，没有提供端口号或者通道；

2）使用DAC连接命名的实体或者默认实体，但它没有使用TCP/IP 1433端口；

3)在Managment Studio、Enterprise Manager或者Query Analyzer中列举服务；

Sql Server 配置设置

sql server2008可通过目录试图sys.confi gurations查看到68个配置项。我们可以通过is_advanced查找高级配置。执行sql语句：

SELECT * FROM sys.configurations WHERE is_advanced = 1;

我们也可以通过属性窗口来设置配置项。如下图：

修改属性后必须执行RECONFIGURE命令才能让修改生效。属性分为动态和静态属性，如果是静态属性修改后必须重启数据库。通过is_dynamic属性查看属性是否是动态属性。例如：

SELECT * FROM sys.configurations WHERE is_dynamic = 1;

用户连接数。如果用户连接数设置为0，数据动态调整并发的连接数。当数据库启动后，数据库为数据库用户连接建立一个指针队列按照设置的连接数。所以你不应该设置太大，每一个连接占用差不多28K内存，并且不管连接是否在用。也不能设置太小，这样经常出现连接数满的异常。必须注意的是，用户连接数并不是指连接的用户数，在一个应用中一个用户可以打开多个连接。因此，建议不设置该属性，让数据库动态分配。

Sql Server来龙去脉系列目录结构：

　　Sql Server来龙去脉系列之一目录篇

　　Sql Server来龙去脉系列之二框架和配置

　　Sql Server来龙去脉系列之三查询过程跟踪

　　Sql Server来龙去脉系列之四数据库和文件

　　Sql Server来龙去脉系列之五日志以及恢复

　　Sql Server来龙去脉系列之六表

　　Sql Server来龙去脉系列之七索引

　　Sql Server来龙去脉系列之八比较特殊的存储

　　Sql Server来龙去脉系列之九查询优化

　　Sql Server来龙去脉系列之十计划缓存

　　Sql Server来龙去脉系列之十一事务和并发