深入頗析微軟 SQL Server 2005 資料庫服務的運作原理

SQL Server 最重要的著作

若論微軟 SQL Server 最重要著作，大概非 Inside SQL Server 系列叢書莫屬了，從 SQL Server 6.5 以來，一直常駐在專業 SQL Server DBA 案頭的，就是對應各版本的這本書。這不是筆者的妄加讚譽，而是素有資訊界諾貝爾獎稱呼的圖靈獎(Turing Award)得主 Jim Gray 在該書的序言所說的。

筆者本身也以讀過該書，代表進入了該版本的世界(例如要熟悉 SQL Server 2000，先讀 Inside SQL Server 2000)，以此為深入了解 SQL Server 的指標。而值此年終之際，稍有空閒時日，能專心拜讀此書實是精通 SQL Server 的最佳方式J

由於 SQL Server 2005 大幅改版，大量地新增功能，讓以往出書速度還蠻快的 Inside SQL Server 系列；這次叫大家從 SQL Server 2005 上市後等了近兩年。也由於功能繁多，原本極為厚重的 Inside SQL Server 再也無法以單行本出書，而改為四本合集的系列叢書[1]。在此介紹其中的一本「Inside Microsoft SQL Server 2005 : The Storage Engine」，執筆者為先前 Inside SQL Server 各版本的作者 Kalen Delaney，在此次 Inside 系列討論 SQL Server 2005 的四本書中，她改任系列編輯(Series Editor)，並於本書擔任作者。

一翻開書籍前頁，看到 Kalen Delaney 的致謝，立即對本書的嚴謹要求與參與人力嘆為觀止。大概很少書是原廠產品團隊派一群人伺候，提供技術諮詢還要兼審稿，外加微軟出版社的編輯審稿，並有作者所在公司同事的襄助。或許，討論 SQL Server 這類大型產品的書籍還真需要人脈廣，經驗足才能撰寫[2]。

筆者長年在各企業間解決 SQL Server 的問題，例如功能不會用、效能不佳、不穩、不安全等，深覺最主要的原因是使用者對產品的了解不夠。尤其一般使用者存有誤解，以為 SQL Server 不需要專業的學習與管理，像 Office 等產品，隨意架設使用。若執行起來效能不佳，便認定產品本身的能力不足。其實不然，SQL Server 在台灣，乃至於世界各地都已經進入企業的關鍵系統，數以兆(tera)計的資料量比比皆是。而我們所欠缺的是深入的知識與經驗，以發揮 SQL Server 所提供的各種功能。此書便是鑽研 SQL Server 設計原理的最佳管道。

資料庫引擎之堂奧

相信久用資料庫的管理與開發人員大都熟悉資料庫、資料表或索引的建置，交易的管理，但 SQL Server 資料庫儲存引擎(Storage Engine)實際如何完成你的要求，卻諱莫如深。這本書將讓你知其然也知其所以然。

書中除了解釋設計理念與運作原理外，還輔之以測試驗證的方式。因此本書蘊含了許多官方文件沒有說明的技巧，如查詢特定的動態管理檢視、執行各種 DBCC 指令，如 DBCC IND、DBCC PAGE、各種追蹤旗標…等。藉以解釋 SQL Server 如何使用 CPU、記憶體、硬碟與網路等硬體資源，資料表、索引頁、交易紀錄的結構，資料在新增、修改、刪除的過程中，對實體存放的影響，交易與鎖定的運作原理等等。

由於分成了四冊，由 Kalen Delaney主寫的本書其章節不多，僅有八章。鎖定在描述資料引擎的基礎運作，例如資料庫的設定與資料實際在硬碟的擺放，索引結構，交易與鎖定等。

由於 SQL Server 2005 提供了非常多的服務，如 Database Services、Analysis Services、Reporting Services、Notification Services、Integration Services 等，讓筆者覺得 SQL Server 像一個品牌了，有如 Office 一樣，其下涵蓋了非常多個別的產品。再加上一堆的版本，如 Enterprise、Evaluation、Standard、Workgroup、Developer、Express[3]，還有 32 或 64 位元的差異，讓安裝 SQL Server 變得複雜。一般新入手的使用者恐怕連需要安裝哪些服務，各安裝步驟的意義，對其後系統執行時的影響都一知半解。本書的第一章從安裝與昇級開始談起，可見得 SQL Server 2005 的安裝都變得有學問了J

SQL Server 的資料庫服務由多個元件所組成，可大分為協定存取層、關聯引擎(Relational Engine，一般也稱為查詢處理器 Query Processor)、儲存引擎、SQL 核心等部份。本書的第二章先概略介紹這些元件的定位，好讓讀者知道本書所討論的重點：儲存引擎，在整體 SQL Server 資料庫服務中所佔的位置。

SQL Server 伺服器執行個體和資料庫皆提供了相當多的設定，但由於預設的設定已經符合大多數的使用情境，因此 SQL Server 管理師們大都不會深究這些設定。但隨著使用人數增多，資料量增大，安全需求提高，這些設定就變得重要。本書的第三章和第四章詳細解說了這些設定。另外，SQL Server 2005 所新增的 Database Snapshot、Schema 等功能也是本章的重點。

為維護資料更新時的完整性，SQL Server 透過放在硬碟上的交易紀錄(transaction log)先行記載變更，再批次更新到資料檔案中。但又為了執行效率與穩定，必須設計一系列精細的運作。而管理者需要熟悉這些運作，以提供足夠的硬碟空間，並設計資料庫備份的策略。本書第五章探討了交易紀錄的運作方式，連帶剖析備份還原的設計。

資料表是實際存放資料的地方，也就是一切存取的核心。如何有效地切割資料欄位，精確地使用資料格式，設定各種維護資料正確性的條件約束(Constraint)…等等，都是資料庫管理師和程式設計人員所需要謹慎考慮的。本書第六章詳細解釋了資料實際在硬碟上的擺放方式，各種資料型態對儲存的影響，以及修改既有的資料表設計。

索引是有效使用資料庫引擎最重要的議題之一，但建立與維護索引並不是容易的事，索引建少了，查詢效率不好，建多了，危害新增、修改、刪除。什麼欄位該建，是否要對計算欄位、檢視建索引？建立索引將耗掉多少硬碟資源等，都是資料庫管理師所必備的知識。本書第七章佔據了全書最大的篇幅，詳細解釋了索引的組織結構，叢集(Clustered)和非叢集(Nonclustered)索引的差異、資料切割(Partition)、SQL Server 建置和維護索引的方式，管理者應注意的資料不連續與索引重整等議題。

當多人或多個批次工作同時存取相同範圍的資料時，交易與鎖定的管理就變得很重要。SQL Server 2005 在此版加入了「紀錄版本(row versioning)」功能，本書作者稱為樂觀並行(Optimistic concurrency)，而稱呼經由資源鎖定的並行處理為悲觀並行(Pessimistic concurrency)。SQL Server 2000以前的版本僅支援悲觀並行。「紀錄版本」保留紀錄最後完成交易的值，供使用者查詢，讓查詢的工作不影響修改的工作，反之亦然。而不像以往透過資源鎖定的方式，在預設的交易層級下，正在讀的紀錄不能改，正在改的紀錄不能讀。而不管是哪一種並行處理，本書第八章都提供了深入的解釋，這是多人同時存取時，效能好壞的關鍵因素之一。

閱讀建議

本書不是入門書，不會一步步導引你操作。若你尚不了解 SQL Server，玩得不深，本書可能就沉重了些。而就算你是專業的 SQL Server 管理師，我相信本書依然是蠻難啃的。因為作者解釋的大都是 SQL Server 底層的運作原理，少有操作講解。為了解釋，在書中提供像字典似的列表，並輔之以示意圖。讀起來枯燥無味，但面臨問題時，是深入探究的起點。

雖然章節間沒有必然關係，但整本書所設計的順序還是從基礎到衍生，因此從第一章看起是比較好的。快速瀏覽過各章節的內容後，在實際工作時，碰到需要深入研究的問題，再回來溫習書中所解釋的原理。對於讀不懂的章節不要沮喪，大部分的人應該都跟你一樣，待更有經驗且有空時，重新讀過，相信會有不同的收穫。

若你已經是 SQL Server 2000 的高手，這本書依然適用，但可能會缺乏耐心逐字閱讀，因為部分內容是與 2000 重疊的。仍勸你瀏覽與精讀並用，遇到熟知的部分快速翻閱，但讀到 2005 新增的部份，就需要手腦並用了，既詳讀文章，且在 SQL Server 2005 上操作一遍，以確認真的讀通了。

相關閱讀

除了本書外，Inside Microsoft SQL Server 2005 系列叢書中，當下買得到的尚有

l Inside Microsoft SQL Server 2005 : T-SQL Querying。作者：Itzik Ben-Gan、Lubor Kollar 和 Dejan Sarka。微軟出版社出版。

l Inside Microsoft SQL Server 2005 : T-SQL Programming。作者：Itzik Ben-Gan、Dejan Sarka、Roger Wolter。微軟出版社出版。

本書的相關網址：http://www.insidesqlserver.com/，及其系列書籍的相關網址http://www.sql.co.il/books/insidetsql2005/。若你不欲購買本書，或可在該網站逛逛。