SQL Server整体架构——数据库

Posted 2023-03-31 lhdz_bj

1.2. 数据库

数据库，由服务器上的一组磁盘文件组成，用于存储数据库相关的各种管理信息和用户数据，以保证数据库正常运转和用户数据的存储，数据库及其文件可以独立于实例而存在。

1.2.1. SQL Server数据库逻辑结构

直到Oracle 11g为止，Oracle是唯一一个每个实例只对应一个数据库的常用关系库，而这点随着Oracle 12c中CDB/PDB特性的产生而发生了改变，这使得Oracle从此结束了自己在关系库中特立独行的逻辑结构，当然，Oracle 12c中CDB/PDB特性并不是强制的，只是多个选项而已。

因此，SQL Server数据库的逻辑结构与Oracle 11g及其之前版本外的其他数据库一样，一个实例拥有多个数据库，直到SQL Server 2012版本，每个实例可以拥有最多32767个数据库，每个数据库可以拥有数十亿个对象，而其存储容量最大可达EB级。现实中，从未见过也不可能出现拥有如此多数据库的实例，也没见过单个数据库达到如此大的规模。一个SQL Server实例总会包含以下数据库。

1）Master：该数据库包含用于跟踪整个实例安装及随后被创建数据库的系统表。虽然其他数据库都有包含自己对象信息的系统字典，但Master的系统字典主要用于跟踪整个系统范围内的信息，例如：配置，端点，登录，数据库，数据文件使用，连接服务器等。Master数据库对整个数据库系统来说非常重要，确认每次对实例进行上述更改后都要进行妥善备份。

2）Model：该数据库只是个模板数据库。每当用户创建一个数据库时，SQL Server就会拷贝该数据库作为该新数据库的基础。用户可以修改该数据库的属性，以便用户今后创建的新数据库都会继承和具备这些属性。

3）Tempdb：该数据库用作一个工作空间。该数据库是SQL Server每次重启时，重新创建而不需要恢复的数据库。该数据库主要用于存储用户定义的临时表数据，查询处理期间产生的排序等中间结果，以及用于维护快照隔离和其他操作的行版本数据。因为SQL Server每次重启都会重新创建该数据库，因此，用户在其中创建的对象及其授权等一切信息都会随着SQL Server的重启而消失的无影无踪。

4）Msdb：该数据库主要用于SQL Server代理及其相关服务。这些服务主要用于调度类似备份和复制等任务，以及用于为SQL Server提供队列和可靠信息的服务代理（Service Broker）。此外，该数据库中的对象还用于作业（Jobs）、告警（Alerts）、日志传输（Log Shipping）、策略（Policies）、数据库邮件（Database Mails）及损坏数据页的恢复。当并不需要该数据库支持的这些活动时，可以忽略该数据库，但建议不要随便更改和删除它。

5）Resource Database（mssqlsystemresource）：该数据库是不为用户所见的隐藏数据库，微软创建该数据库的目的是为了快速而安全的升级。SQL Server的系统可执行对象（例如：系统存储过程和函数等）都存放于该数据库中。用户无法通过常规方法看到、访问和修改该数据库，但通过一些非常规方法也可以对该数据库进行查看、访问和修改，但不建议这么做，这里仅对该数据库做一简要介绍，不再赘述。

以上五个数据库为SQL Server必不可少的系统数据库，每次安装，都会默认安装和创建这些数据库。

除了上述几个系统数据库，用户可以按照自己的需求创建多个数据库，用于存储和管理用户对象和数据。

​​​​​​​1.2.2. SQL Server相关文件

SQL Server相关文件主要分为数据库文件和其他文件。

数据库文件就是操作系统文件，仅就数据库文件来说，每个SQL Server数据库至少要包含两个操作系统文件，它们分别用于存储用户数据和事务日志。SQL Server 2012数据库目前可以包含三种数据库文件。

1）主数据文件（Primary Data Files）：每个数据库必须有且只能有一个主数据文件，除了存储数据库的启动信息和跟踪该数据库中的所有其他文件，还用于存储用户数据。一般来说，数据库的主数据文件扩展名为.mdf。创建数据库时，主数据文件总是被包含在主文件组中且第一个被列出来，除了主数据文件，主文件组还可以包含其他数据文件。

2）次级数据文件（Secondary Data Files）：每个数据库可以有零到多个次级数据文件，一般来说，数据库的次级数据文件扩展名为.ndf。创建数据库时，次级文件可以被包含在主文件组或用户创建的其他文件组中。

3）日志文件（Log Files）：每个数据库至少有一个日志文件，用于存储恢复该数据库中的事务所需要的信息，一般来说，数据库的日志文件的扩展名为.ldf。

可以通过查询目录视图sys.data_files获取当前数据库中上述三种数据库文件。

Select ... from sys.database_files where ...;

此外，SQL Server数据库和实例中还涉及如下几种文件。

4）文件流/文件表数据文件（Filestream/Filetable Data Files）和全文数据文件（Full-text Data Files）：两类数据文件分别与大对象数据及全文索引数据存储相关，此处不再详述，感兴趣的读者可以查阅相关文档。

除了以上几类数据库相关的数据文件外，还有如下SQL Server系统整体相关的文件。

5）报错日志文件（Error Log Files）：该文件用于存储SQL Server系统范围内的事件或信息，例如：任务或操作完成情况，实例启停，内核信息，系统级的报错信息等。该文件默认位置为“C:\\Program Files\\Microsoft SQL Server\\MSSQL11.SQL12\\MSSQL\\Log\\ERRORLOG”（笔者测试环境：SQL Server 2012 for Windows，根据具体安装和配置可能不同），也可以通过如下命令发现该文件的具体位置。

use master

go

xp_readerrorlog 0,1,N'Logging SQL Server messages in file',null,null,null,N'asc'

go

一般来说，SQL Server会保留最近6个错误日志文件。从功能来讲，该报错日志文件和Oracle的告警日志文件相似。

6）导出文件（Dump Files）：当在报错日志文件中发现一个例外发生时，也应该发现一个扩展名为.mdmp的导出文件，该文件一般与报错日志文件位于同一目录下，当然，也可以位于其他不同位置。该文件主要用于帮助微软工程师确定例外发生的原因。该文件与Oracle中的导出文件（Dump Files）或跟踪文件（Trace Files）功能相似。

此外，与Oracle中参数文件和控制文件功能相对应的，SQL Server中也有相关机制实现，然而，微软对这些机制和细节选择了尽量封装和屏蔽，这里我们也不再详述，感兴趣的读者可以自行查阅相关文档。

SQL Server数据库整体架构具体如图1-2-1所示。

图 1-2-1 SQL Server数据库整体架构示意图

SQL Server整体架构——实例

所谓整体架构，这里是指SQL Server数据库系统正常工作和运行所必备的组件及其机制。整体上来讲，这主要包括实例（Instance）和数据库（Database）。在此基础上再进一步划分，实例由服务器上的相关内存区域和服务线程组成；数据库包括操作系统上的各种相关文件。上述相关内存区域、服务线程及文件又可再进一步细分。下面就按照这个顺序和逻辑，逐步讲解SQL Server数据库系统的整体架构。 1.  实例

实例，即数据库实例，由服务器上的一组内存结构和线程（因为SQL Server for Windows为线程模型，另外，因本书基于SQL Server 2012+ for Windows创作编写，通篇将其统称为SQL Server，不再赘述）组成，用以支撑和完成数据库的正常运行和操作，其主要包括以下组件。