پس از
نگاهی به مفاهیم مقدماتی OLTP درون حافظه‌ای در SQL Server 2014، در ادامه به نحوه‌ی انجام تنظیمات خاص جداول بهینه سازی شده برای حافظه خواهیم پرداخت.
ایجاد یک بانک اطلاعاتی با پشتیبانی از جداول بهینه سازی شده برای حافظه
برای ایجاد جداول بهینه سازی شده برای حافظه، ابتدا نیاز است تا تنظیمات خاصی را به بانک اطلاعاتی آن اعمال کنیم. برای اینکار می‌توان یک بانک اطلاعاتی جدید را به همراه یک filestream filegroup ایجاد کرد که جهت جداول بهینه سازی شده برای حافظه، ضروری است؛ یا اینکه با تغییر یک بانک اطلاعاتی موجود و افزودن filegroup یاد شده نیز می‌توان به این مقصود رسید.
در اینگونه جداول خاص، اطلاعات در حافظه‌ی سیستم ذخیره می‌شوند و برخلاف جداول مبتنی بر دیسک سخت، صفحات اطلاعات وجود نداشته و نیازی نیست تا به کش بافر وارد شوند. برای مقاصد ذخیره سازی نهایی اطلاعات جداول بهینه سازی شده برای حافظه، موتور OLTP درون حافظه‌ای آن، فایلهای خاصی را به نام checkpoint در یک filestream filegroup ایجاد می‌کند که از آنها جهت ردیابی اطلاعات استفاده خواهد کرد و نحوی ذخیره سازی اطلاعات در آنها از شیوه‌ی با کارآیی بالایی به نام append only mode پیروی می‌کند.
با توجه به متفاوت بودن نحوه‌ی ذخیره سازی نهایی اطلاعات اینگونه جداول و دسترسی به آنها از طریق استریم‌ها، توصیه شده‌است که filestream filegroupهای تهیه شده را در یک SSD یا Solid State Drive قرار دهید.
پس از اینکه بانک اطلاعاتی خود را به روش‌های معمول ایجاد کردید، به برگه‌ی خواص آن در management studio مراجعه کنید. سپس صفحه‌ی file groups را در آن انتخاب کرده و در پایین برگه‌ی آن، در قسمت جدید memory optimized data، بر روی دکمه‌ی Add کلیک کنید. سپس نام دلخواهی را وارد نمائید.
پس از ایجاد یک گروه فایل جدید، به صفحه‌ی files خواص بانک اطلاعاتی مراجعه کرده و بر روی دکمه‌ی Add کلیک کنید. سپس File type این ردیف اضافه شده را از نوع file stream data و file group آنرا همان گروه فایلی که پیشتر ایجاد کردیم، تنظیم کنید. در ادامه logical name دلخواهی را وارد کرده و در آخر بر روی دکمه‌ی Ok کلیک کنید تا تنظیمات مورد نیاز جهت تعاریف جدول بهینه سازی شده برای حافظه به پایان برسد.
این مراحل را توسط دو دستور T-SQL ذیل نیز می‌توان سریعتر انجام داد:
USE [master]
GO
ALTER DATABASE [testdb2]
ADD FILEGROUP [InMemory_InMemory] CONTAINS MEMORY_OPTIMIZED_DATA
GO
ALTER DATABASE [testdb2]
ADD FILE ( NAME = N'InMemory_InMemory', FILENAME = N'D:\SQL_Data\MSSQL11.MSSQLSERVER\MSSQL\DATA\InMemory_InMemory' )
TO FILEGROUP [InMemory_InMemory]
GO
ساختار گروه فایل بهینه سازی شده برای حافظه
گروه فایل بهینه سازی شده برای حافظه، دارای چندین دربرگیرنده است که هر کدام چندین فایل را در خود جای خواهند داد:
- Root File که در برگیرنده‌ی متادیتای اطلاعات است.
- Data File که شامل ردیف‌های اطلاعات ثبت شده در جداول بهینه سازی شده‌ی برای حافظه هستند. این ردیف‌ها همواره به انتهای data file اضافه می‌شوند و دسترسی به آنها ترتیبی است. کارآیی IO این روش نسبت به روش دسترسی اتفاقی به مراتب بالاتر است. حداکثر اندازه این فایل 128 مگابایت است و پس از آن یک فایل جدید ساخته می‌شود.
- Delta File شامل ردیف‌هایی است که حذف شده‌اند. به ازای هر ردیف، حداقل اطلاعاتی از آن را در خود ذخیره خواهد کرد؛ شامل ID ردیف حذف شده و شماره تراکنش آن. همانطور که پیشتر نیز ذکر شد، این موتور جدید درون حافظه‌ای، برای یافتن راه چاره‌ای جهت به حداقل رسانی قفل گذاری بر روی اطلاعات، چندین نگارش از ردیف‌ها را به همراه timestamp آنها در خود ذخیره می‌کند. به این ترتیب، هر به روز رسانی به همراه یک حذف و سپس ثبت جدید است. به این ترتیب دیگر بانک اطلاعاتی نیازی نخواهد داشت تا به دنبال رکورد موجود برگردد و سپس اطلاعات آنرا به روز نماید. این موتور جدید فقط اطلاعات به روز شده را در انتهای رکوردهای موجود با فرمت خود ثبت می‌کند.
ایجاد جداول بهینه سازی شده برای حافظه
پس از آماده سازی بانک اطلاعاتی خود و افزودن گروه فایل استریم جدیدی به آن برای ذخیره سازی اطلاعات جداول بهینه سازی شده برای حافظه، اکنون می‌توانیم اینگونه جداول خاص را در کنار سایر جداول متداول موجود، تعریف و استفاده نمائیم:
-- It is not a Memory Optimized
CREATE TABLE tblNormal
(
[CustomerID] int NOT NULL PRIMARY KEY NONCLUSTERED,
[Name] nvarchar(250) NOT NULL,
CustomerSince DATETIME not NULL
INDEX [ICustomerSince] NONCLUSTERED
)
-- DURABILITY = SCHEMA_AND_DATA
CREATE TABLE tblMemoryOptimized_Schema_And_Data
(
[CustomerID] INT NOT NULL
PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH WITH (BUCKET_COUNT = 1000000),
[Name] NVARCHAR(250) NOT NULL,
[CustomerSince] DATETIME NOT NULL
INDEX [ICustomerSince] NONCLUSTERED
) WITH (MEMORY_OPTIMIZED = ON, DURABILITY = SCHEMA_AND_DATA)
-- DURABILITY = SCHEMA_ONLY
CREATE TABLE tblMemoryOptimized_Schema_Only
(
[CustomerID] INT NOT NULL
PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH WITH (BUCKET_COUNT = 1000000),
[Name] NVARCHAR(250) NOT NULL,
[CustomerSince] DATETIME NOT NULL
INDEX [ICustomerSince] NONCLUSTERED
) WITH (MEMORY_OPTIMIZED = ON, DURABILITY = SCHEMA_ONLY)
در اینجا سه جدول را مشاهده می‌کنید که در بانک اطلاعاتی آماده شده در مرحله‌ی قبل، ایجاد خواهند شد. مورد اول یک جدول معمولی است که از آن برای مقایسه سرعت ثبت اطلاعات با سایر جداول ایجاد شده، استفاده خواهد شد.
همانطور که مشخص است، دو جدول بهینه سازی شده برای حافظه، همان سه ستون جدول معمولی مبتنی بر دیسک سخت را دارا هستند؛ اما با این تفاوت‌ها:
- دارای ویژگی
MEMORY_OPTIMIZED = ON می‌باشند. به این ترتیب اینگونه جداول نسبت به جداول متداول مبتنی به دیسک سخت متمایز خواهند شد.
- دارای ویژگی
DURABILITY بوده و توسط مقدار SCHEMA_AND_DATA آن مشخص می‌کنیم که آیا قرار است اطلاعات و ساختار جدول، ذخیره شوند یا تنها قرار است ساختار جدول ذخیره گردد (حالت SCHEMA_ONLY).
- بر روی ستون Id آنها یک hash index ایجاد شده‌است که وجود آن ضروری است و در کل بیش از 8 ایندکس را نمی‌توان تعریف کرد.
برخلاف ایندکس‌های B-tree جداول مبتنی بر سخت دیسک، ایندکس‌های جداول بهینه سازی شده برای حافظه، اطلاعات را تکرار نمی‌کنند. این‌ها صرفا اشاره‌گرهایی هستند به ردیف‌های اصلی اطلاعات. به این معنا که این ایندکس‌ها لاگ نشده و همچنین بر روی سخت دیسک ذخیره نمی‌شوند. کار بازسازی مجدد آنها در اولین بار بازیابی بانک اطلاعاتی و آغاز آن به صورت خودکار انجام می‌شود. به همین جهت مباحثی مانند index fragmentation و نگهداری ایندکس‌ها دیگر در اینجا معنا پیدا نمی‌کنند.
دو نوع ایندکس را در اینجا می‌توان تعریف کرد. اولین آنها hash index است و دومین آنها range index. هش ایندکس‌ها برای حالاتی که در کوئری‌ها از عملگر تساوی استفاده می‌شود بسیار مناسب هستند. برای عملگرهای مقایسه‌ای از ایندکس‌های بازه‌ای استفاده می‌شود.
همچنین باید دقت داشت که پس از ایجاد ایندکس‌ها، دیگر امکان تغییر آنها و یا تغییر ساختار جدول ایجاد شده نیست.
همچنین ایندکس‌های تعریف شده در جداول بهینه سازی شده برای حافظه، تنها بر روی ستون‌هایی غیرنال پذیر از نوع BIN2 collation مانند int و datetime قابل تعریف هستند. برای مثال اگر سعی کنیم بر روی ستون Name ایندکسی را تعریف کنیم، به این خطا خواهیم رسید:
Indexes on character columns that do not use a *_BIN2 collation are not supported with indexes on memory optimized tables.
- در حین تعریف هش ایندکس‌ها، مقدار BUCKET_COUNT نیز باید تنظیم شود. هر bucket توسط مقداری که حاصل هش کردن یک ستون است مشخص می‌شود. کلیدهای منحصربفرد دارای هش‌های یکسان در bucketهای یکسانی ذخیره می‌شوند. به همین جهت توصیه شده‌است که حداقل مقدار bucket تعیین شده در اینجا مساوی یا بیشتر از مقدار تعداد کلیدهای منحصربفرد یک جدول باشد؛ مقدار پیش فرض 2 برابر توسط مایکروسافت توصیه شده‌است.
- نوع‌های قابل تعریف ستون‌ها نیز در اینجا به موارد ذیل محدود هستند و جمع طول آنها از 8060 نباید بیشتر شود:
bit, tinyint, smallint, int, bigint, money, smallmoney, float, real, datetime, smalldatetime, datetime2,
date, time, numberic, decimal, char(n), varchar(n) ,nchar(n), nvarchar(n), sysname, binary(n),
varbinary(n), and Uniqueidentifier
همچنین در management studio، گزینه‌ی جدید new -> memory optimized table نیز اضافه شده‌است و انتخاب آن سبب می‌شود تا قالب T-SQL ایی برای تهیه این نوع جداول، به صورت خودکار تولید گردد.
البته این گزینه تنها برای بانک‌های اطلاعاتی که دارای گروه فایل استریم مخصوص جداول بهینه سازی شده برای حافظه هستند، فعال می‌باشد.
ثبت اطلاعات در جداول معمولی و بهینه سازی شده برای حافظه و مقایسه کارآیی آنها
در مثال زیر، 100 هزار رکورد را در سه جدولی که پیشتر ایجاد کردیم، ثبت کرده و سپس مدت زمان اجرای هر کدام از مجموعه عملیات را بر حسب میلی ثانیه بررسی می‌کنیم:
set statistics time off
SET STATISTICS IO Off
set nocount on
go
-----------------------------
Print 'insert into tblNormal'
DECLARE @start datetime = getdate()
declare @insertCount int = 100000
declare @startId int = 1
declare @customerID int = @startId
while @customerID < @startId + @insertCount
begin
insert into tblNormal values (@customerID, 'Test', '2013-01-01T00:00:00')
set @customerID +=1
end
Print DATEDIFF(ms,@start,getdate());
go
-----------------------------
Print 'insert into tblMemoryOptimized_Schema_And_Data'
DECLARE @start datetime = getdate()
declare @insertCount int = 100000
declare @startId int = 1
declare @customerID int = @startId
while @customerID < @startId + @insertCount
begin
insert into tblMemoryOptimized_Schema_And_Data values (@customerID, 'Test', '2013-01-01T00:00:00')
set @customerID +=1
end
Print DATEDIFF(ms,@start,getdate());
Go
-----------------------------
Print 'insert into tblMemoryOptimized_Schema_Only'
DECLARE @start datetime = getdate()
declare @insertCount int = 100000
declare @startId int = 1
declare @customerID int = @startId
while @customerID < @startId + @insertCount
begin
insert into tblMemoryOptimized_Schema_Only values (@customerID, 'Test', '2013-01-01T00:00:00')
set @customerID +=1
end
Print DATEDIFF(ms,@start,getdate());
Go
با این خروجی تقریبی که بر اساس توانمندی‌های سخت افزاری سیستم می‌تواند متفاوت باشد:
insert into tblNormal
36423
insert into tblMemoryOptimized_Schema_And_Data
30516
insert into tblMemoryOptimized_Schema_Only
3176
و برای حالت select خواهیم داشت:
set nocount on
print 'tblNormal'
set statistics time on
select count(CustomerID) from tblNormal
set statistics time off
go
print 'tblMemoryOptimized_Schema_And_Data'
set statistics time on
select count(CustomerID) from tblMemoryOptimized_Schema_And_Data
set statistics time off
go
print 'tblMemoryOptimized_Schema_Only'
set statistics time on
select count(CustomerID) from tblMemoryOptimized_Schema_Only
set statistics time off
go
با این خروجی
tblNormal
SQL Server Execution Times:
CPU time = 46 ms, elapsed time = 52 ms.
tblMemoryOptimized_Schema_And_Data
SQL Server Execution Times:
CPU time = 32 ms, elapsed time = 33 ms.
tblMemoryOptimized_Schema_Only
SQL Server Execution Times:
CPU time = 31 ms, elapsed time = 30 ms.
تاثیر جداول بهینه سازی شده برای حافظه را در 350K inserts بهتر می‌توان با نمونه‌های متداول مبتنی بر دیسک مقایسه کرد.
برای مطالعه بیشتر Getting started with SQL Server 2014 In-Memory OLTP Introduction to SQL Server 2014 CTP1 Memory-Optimized Tables Overcoming storage speed limitations with Memory-Optimized Tables for SQL Server Memory-optimized Table – Day 1 Test Memory-Optimized Tables – Insert Test Memory Optimized Table – Insert Test …Again
