SQL Server 7.0体系结构新应用

西安奥林岛罗会涛
（Williamluo@sotech.com.cn）

----微软SQL Server 7.0（以下简称SQL7）自从1998 年底发布以来，应用越来越透彻。本文从该产品的体系结构与旧版本的改进方面，来介绍其应用情况。

体系结构改进

----SQL7 的系统结构不是对上一版本结构的修补，而是一个全新的设计。其结果是，SQL7 的应用系统可以跨越各种平台：从简单的个人系统（如安装Windows 95 的普通台式机和笔记本电脑），直至16 个CPU、几个GB 内存、几个TB 硬盘的高端对称多处理系统。

----SQL7 系统结构的改进主要体现在以下几个方面。

新的存储格式：数据库的页（Page）、行（Row）、盘区（Extent）、数据文件、日志文件的存储方案经过全面更新，不仅使得服务器在低端和高端之间伸缩自如，而且明显提高了性能和可管理性；
新的查询处理程序：SQL7 的查询处理程序经过重新设计，提供许多新的查询算法，例如索引交叉、混合连接，以及并行查询，这些都为海量数据库的快速查询提供了条件。SQL7 还支持SQL Server 与其他OLE DB 和ODBC 数据库之间的分布式异种查询功能（Distributed and Heterogeneous Query）。

新体系结构的应用

----新体系结构的具体应用如下：

----1. 数据库与文件

---- 为了提高可伸缩性（Scalability），SQL7 简化了SQL Server 数据库与操作系统文件之间的关系。在SQL7 中，数据库直接位于操作文件之上，不再通过所谓的逻辑设备。现在，只需要一个Create Database 语句就可以创建一个数据库及其所有的文件，不再需要事先使用Disk Init 语句创建所需的设备。

---- 这种设计为SQL7 对桌面系统的支持提供了基础。现在，SQL7 的引擎不仅可以运行在Windows NT 上，也可以运行在Windows 95 和Windows 98 上。对软件开发商来说，数据库应用软件不需要重复编码，就可以实现从单机到客户/ 服务器的各种发行版本，降低了开发成本。

----“ 设备” 的概念被“ 文件” 取代之后，数据库与文件的关系也发生了变化。现在，一个数据库还是可以跨越多个文件（就像过去可以跨越多个设备一样），但是一个文件只能用于一个数据库（不像过去一个设备可以保存多个数据库）。数据库被删除之后，其文件也被删除（过去删除数据库之后，其设备必须使用专门的存储过程来删除，甚至可能需要手工删除设备对应的物理文件）。

---- 数据库中的数据量逐渐增大时，SQL7 的数据库文件尺寸可以自动扩充（Expand），不再需要管理员执行一个多余的ALTER 语句。这在实际的生产环境中是非常有用的，因为数据库应用系统的用户单位也许根本没有数据库管理员。

----2. 数据页、行、列

---- 现在，数据库的页（Page）从2K 增为8K；一行（即一个记录）的最大字节数从1962 字节增为8060 字节；字符型和二进制型列（字段）的最大字节数从255 增为8000；一个表中的最大列数从250 增为1024。这些指标的增加最直接的好处是便于开发，例如我们经常遇到的“ 备注” 字段问题，如果设置成可变字符串类型，最多只能包括127 个汉字，往往不能满足用户的需要；如果改成多个字段，在界面与数据库操作之间的协调又特别困难，最后往往不得不采用既影响性能、又浪费存储资源、还增加编程难度的文本字段类型。现在使用一个可变字符串类型的字段就可以解决这个问题。

---- 这种新的数据页/ 行存储格式不仅支持行级锁，并且因为一次I/O 操作可以获得更多的数据，所以访问大型数据块（Large Block of Data ）的性能也大为改善。

----3. 索引

----以前，非聚集索引（Nonclustered Index）使用物理记录指针（页号和行号）作为行的定位指针（Row Locator）。数据量增大导致数据页分页（Split）时，很多数据行将移到新的页，从而导致物理指针的变化。这时，所有的非聚集索引都需要更新物理指针，这种操作将耗费大量的时间和资源。

----SQL7 改进了索引设计。如果一个表有一个
聚集索引（因而有一个聚集键 — —Clustering Key），所有的非聚集索引的叶节点（Leaf Node）将使用聚集键（而非物理记录指针）作为记录行的定位指针；如果表中没有聚集索引，非聚集索引仍然使用物理指针指向数据页。无论哪种情况，行定位指针都是固定的。如果聚集索引的一个叶节点发生分页，SQL7 不需要更新非聚集索引，因为行定位指针仍然有效。对于没有聚集索引的表，因为不会发生数据分页，所以也不存在更新物理指针的问题。

---- 索引设计的另一个改进是：过去每个表在一个查询中只能使用一个索引，而SQL7 采用索引交叉（Index Intersection）和索引联合（Index Union）技术，实现一个查询中的单表多索引。

----4. 文本与图形数据

----SQL7 对文本（Text）和图形（Image）数据的存储也做了重新设计。对于小型文本或图形，通过在一个数据页中保存多个文本或图形值来提高存储效率；对于大型文本和图形，通过并行查询来优化查询性能。这种改进对多媒体数据库应用系统的开发和运行大有帮助。

----5. 行级锁

---- 锁机制的改进是SQL7 的重大改进之一。SQL7 支持对数据行和索引项（Index Entry）的完全行级锁。经过优化的锁管理程序（Lock Manager）可以更快地响应加锁请求，从而改善了联机事务处理（OLTP）应用程序的并发性，特别是当很多程序同时添加记录时。

----SQL7 的锁管理程序自动调整加锁时需要使用的资源数量，不再需要手工配置“locks” 这个服务器选项；同时，针对具体任务，SQL7 还在页级锁与行级锁之间自动选择，例如，在查询数据时用页级锁以提高查询速度，而在更改数据时用行级锁以改善并发性。

----6. 事务日志 ---- 以前，事务日志是一个保存在普通数据页面中的系统表（syslogs），这些页面将与数据争用存储空间和高速缓存（Memory Cache）。 SQL7 则大不一样，事务日志将由一个或若干日志文件组成，不再是一个系统表。这种设计将大大提高对日志操作的I/O 吞吐量。

----7. tempdb 数据库

----tempdb 的尺寸一直是困扰数据库应用系统开发商和最终用户的大问题：开发阶段运行非常平稳的系统，到了运时环境中就变得又慢又不稳定，技术支持人员往往不得不经常在硬盘和内存之间移动tempdb 或增大其尺寸，原因就在于tempdb 的配置是手工的，无法自动适应实际生产环境的需要。

----SQL7 的tempdb 数据库将根据需要自动扩充。例如，使用频率很低的报表查询经常需要大量的临时空间，专为这些查询设置很大的 tempdb，无疑是一种资源浪费。因此，SQL7 在遇到这种情况时自动扩大tempdb 的尺寸，而再次启动服务时，tempdb 又将恢复到原始配置尺寸。

----8. 新的查询处理程序

----SQL7 的查询处理程序（Query Processor）经过重新设计，对大型数据库复杂查询的支持明显加强，因而更适合决策支持、数据仓库以及联机事务处理应用系统的开发。新的查询处理程序采用混合连接（Hash Join）、合并连接（Merge Join）、混合累计（Hash Aggregation）等技术，与过去仅采用嵌套循环连接（Nested loop Join）技术相比，明显改善了复杂查询的性能。

----9. 分布式查询

---- 在SQL7 内部，查询处理程序与数据存储部件之间，使用OLE DB 相互通讯。OLE DB 为SQL7 提供了分布式的异种数据库查询能力，也就是说，分布式查询不仅可以查询SQL Server 数据库，也可以查询其他数据库管理系统的数据库，甚至可以是非关系型的数据源。下面是一个使用Transact SQL 语句查询Access 数据库的例子：

----SELECT a. ＊FROM OpenRowset( ‘Microsoft.Jet.OLEDB.3.51’, ‘c:\MSOffice\Access\Samples\northwind.mdb’;‘sa’; ‘mypwd’, customers) As a ---- 以上特点实际上都得益于SQL7 中两个核心部件的重新设计：存储引擎（SQL Storage Engine）和关系引擎（SQL Relational Engine）。一般来说，这两个核心部件的重新设计很容易导致版本兼容性问题，但SQL7 不仅保持了与以前版本的兼容，使得过去的SQL 6.x 应用程序可以不经任何修改继续使用，而且在升级过程中甚至为管理员保留“ 后悔” 的余地 — —SQL Server 7.0 可以与SQL Server 6.5 共存于同一环境中，并在两个版本之间来回切换。