Microsoft SQL Server 查询处理器的内部机制与结构

网络整理 - 07-27

　　摘要：本文介绍了在客户机上处理 Microsoft sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 查询的方式，各种客户机与 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的交互方式，以及 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 在处理客户机程序的请求时需要完成的工作。

　　简介

　　Microsoft(R) sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台)(TM) 内部机制和结构是一个非常大的主题，因此本文仅限于程序开发人员感兴趣的问题，集中研究其他源中没有彻底讨论的问题。在讨论 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的结构时，我们主要观察客户机的处理过程，研究不同的客户机程序与 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的交互方式，以及 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 如何处理客户机的请求。还有一些讨论 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 其他方面的信息源，特别是 Microsoft Press 出版的 Inside sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 7.0，作者是 Ron Soukup 和 Kalen Delaney，这本书非常详细地讨论了 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 存储引擎的内部机制和处理方法，不过对查询处理器的讨论不够深入。本文正填补了这个空白。

　　我们期望本文有助于读者编写出更好的应用程序。通过本文，读者会在提高程序性能方面得到新的启发，产生新的理解。

　　sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 是一种客户机/服务器系统

　　多年来，sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 一直被认为是一种客户机/服务器系统。事实上，Sybase DataServer(以此为基础开发了原始的 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台))正是第一个作为客户机/服务器系统开发的商用关系数据库系统。那这又说明了什么呢?这不只意味着 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 是一个双层系统。从传统上看，双层系统意味着客户机应用程序运行在一台机器上，向另一台计算机上的服务器发送请求。而对于 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台)，客户机/服务器意味着 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的组成部分，即客户机 API 部分，驻留在处理结构中的远端，与服务器组件本身是分开的。

　　在典型的双层模型中，客户机程序部分驻留在台式机上，具有大量客户机应用程序逻辑和业务逻辑，并且会直接向数据库系统发出请求。然后，客户机得到服务器响应这些请求所返回的数据。

　　三层系统也采用了同样的模型。多年以来，sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 一直用在事务处理监视系统中，例如 BEA 的 Tuxedo 以及 Compaq 的 ACMSxp，这些系统早在二、三十年前就采用了典型的三层模型。三层模型在今天基于 Web 的应用系统中占据了支配地位，这类系统以 Microsoft 的 MTS 以及新的 COM+ 1.0 为代表。从 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的角度看，三层解决方案中的客户机程序是放在中间层的。中间层直接与数据库交互。实际的桌面，或瘦客户机(Thin Client)，使用其他机制并通常直接与中间层交互，而不是直接与数据库系统交互。图 1 描述了这种结构。

　　(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 查询处理器的内部机制与结构(图一)" width="354" height="298" />

　　图 1. 三层系统模型

　　从结构的角度看，sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 关系服务器组件本身并不真正关心客户机程序运行的位置。事实上，就 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 而言，即使在运行 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的同一台机器上运行应用程序，仍然还是客户机/服务器模型。

　　服务器运行一个单独的多线程进程，为来自客户机的请求提供服务，不管客户机的位置在哪里。客户机程序代码本身是单独的运行在客户机应用程序内部的 DLL，与 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的实际接口是在客户机和服务器之间对话的“表格数据流”(Tabular Data Stream, TDS) 协议。

　　一个常见的问题是“什么是 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的本机接口呢?”很长时间以来，很多开发人员一直都不愿意使用 ODBC 这样的接口，因为他们认为由 Sybase 开发的客户机 API，也就是 DB-Library，是 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的本机接口。实际上，sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 关系服务器本身并没有本机 API，它的接口就是在客户机和服务器之间的通信流协议 TDS。TDS 把客户机发送给服务器的 SQL 语句封装起来，也把服务器返回给客户机的处理结果封装起来。任何直接处理 TDS 的 API 都是 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的本机接口。

　　让我们来看一下客户机的组件，如图 2 所示。客户机结构中的某些部分就不在这里讨论了，因为它们不属于 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 的范畴。但如果您在编写应用程序的话，就必须了解这些部分。大家知道得最多的应该是各种对象模型，如果您正在编写 ASP 或 Microsoft Visual Basic(R) 应用程序，就需要通过 ADO 与数据库系统交互，而不是直接调用底层的 API，例如 ODBC 或 OLE-DB。ADO 映射到 OLE-DB，而 RDO 映射到 ODBC。因此，作为这种最常用的编程模型的对象模型，并不是 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 客户机结构中的严格意义上的组件。此外，还有另外一些组件可以插接到 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 基础结构上面的这一层。OLE-DB 的“会话池服务提供程序 (Session Pooling Service Provider)”就是这种组件的一个例子。

　　(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 查询处理器的内部机制与结构(图二)" width="333" height="330" />

　　图 2. 客户机结构

　　客户机接口

　　sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 有两个接口可以认为是 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 7.0 的本机接口，即 OLE-DB 和 ODBC。DB-Library 接口也是本机的，它与 TDS 通信，但是 DB-Library 使用的是 TDS 较老的版本，需要在服务器上进行一些转换。现有的 DB-Library 应用程序仍然可以继续与 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 7.0 协同使用，但是很多新的功能和性能提高等好处只能通过 ODBC 和 OLE DB 才能利用。更新 DB-Library 使其支持 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 7.0 的新能力，将会导致与现有应用程序的很多不兼容性，因此需要修改应用程序。ODBC 在五年之前就替代了 DB-Library，是新的 sql server(WINDOWS平台上强大的数据库平台) 应用程序更理想的 API，因此引入不兼容的 DB-Library 新版本并不明智。