SQL Server数据库性能优化技术第1/2页
(编辑：jimmy 日期: 2024/11/24 浏览：3 次 )
设计1个应用系统似乎并不难，但是要想使系统达到最优化的性能并不是一件容易的事。在开发工具、数据库设计、应
用程序的结构、查询设计、接口选择等方面有多种选择，这取决于特定的应用需求以及开发队伍的技能。本文以SQL
Server为例，从后台数据库的角度讨论应用程序性能优化技巧，并且给出了一些有益的建议。
1 数据库设计
要在良好的SQL Server方案中实现最优的性能，最关键的是要有1个很好的数据库设计方案。在实际工作中，许多SQL
Server方案往往是由于数据库设计得不好导致性能很差。所以，要实现良好的数据库设计就必须考虑这些问题。
1.1 逻辑库规范化问题
一般来说，逻辑数据库设计会满足规范化的前3级标准：
1.第1规范：没有重复的组或多值的列。
2.第2规范：每个非关键字段必须依赖于主关键字，不能依赖于1个组合式主关键字的某些组成部分。
3.第3规范：1个非关键字段不能依赖于另1个非关键字段。
遵守这些规则的设计会产生较少的列和更多的表，因而也就减少了数据冗余，也减少了用于存储数据的页。但表关系
也许需要通过复杂的合并来处理，这样会降低系统的性能。某种程度上的非规范化可以改善系统的性能，非规范化过程可
以根据性能方面不同的考虑用多种不同的方法进行，但以下方法经实践验证往往能提高性能。
1.如果规范化设计产生了许多4路或更多路合并关系，就可以考虑在数据库实体(表)中加入重复属性(列)。
2.常用的计算字段(如总计、最大值等)可以考虑存储到数据库实体中。
比如某一个项目的计划管理系统中有计划表，其字段为：项目编号、年初计划、二次计划、调整计划、补列计划…，
而计划总数(年初计划+二次计划+调整计划+补列计划)是用户经常需要在查询和报表中用到的，在表的记录量很大时，有必
要把计划总数作为1个独立的字段加入到表中。这里可以采用触发器以在客户端保持数据的一致性。
3.重新定义实体以减少外部属性数据或行数据的开支。相应的非规范化类型是：
(1)把1个实体(表)分割成2个表(把所有的属性分成2组)。这样就把频繁被访问的数据同较少被访问的数据分开了。这
种方法要求在每个表中复制首要关键字。这样产生的设计有利于并行处理，并将产生列数较少的表。
(2)把1个实体(表)分割成2个表(把所有的行分成2组)。这种方法适用于那些将包含大量数据的实体(表)。在应用中常
要保留历史记录，但是历史记录很少用到。因此可以把频繁被访问的数据同较少被访问的历史数据分开。而且如果数据行
是作为子集被逻辑工作组(部门、销售分区、地理区域等)访问的，那么这种方法也是很有好处的。
1.2 生成物理数据库
要想正确选择基本物理实现策略，必须懂得数据库访问格式和硬件资源的操作特点，主要是内存和磁盘子系统I/O。这
是一个范围广泛的话题，但以下的准则可能会有所帮助。
1.与每个表列相关的数据类型应该反映数据所需的最小存储空间，特别是对于被索引的列更是如此。比如能使用
smallint类型就不要用integer类型，这样索引字段可以被更快地读取，而且可以在1个数据页上放置更多的数据行，因而
也就减少了I/O操作。
2.把1个表放在某个物理设备上，再通过SQL Server段把它的不分簇索引放在1个不同的物理设备上，这样能提高性
能。尤其是系统采用了多个智能型磁盘控制器和数据分离技术的情况下，这样做的好处更加明显。
3.用SQL Server段把一个频繁使用的大表分割开，并放在2个单独的智能型磁盘控制器的数据库设备上，这样也可以提
高性能。因为有多个磁头在查找，所以数据分离也能提高性能。
4.用SQL Server段把文本或图像列的数据存放在1个单独的物理设备上可以提高性能。1个专用的智能型的控制器能进
一步提高性能。
2 与SQL Server相关的硬件系统
与SQL Server有关的硬件设计包括系统处理器、内存、磁盘子系统和网络，这4个部分基本上构成了硬件平台，
Windows NT和SQL Server运行于其上。
2.1 系统处理器(CPU)
根据自己的具体需要确定CPU结构的过程就是估计在硬件平台上占用CPU的工作量的过程。从以往的经验看，CPU配置最
少应是1个80586/100处理器。如果只有2～3个用户，这就足够了，但如果打算支持更多的用户和关键应用，推荐采用
Pentium Pro或PⅡ级CPU。
2.2 内存(RAM)
为SQL Server方案确定合适的内存设置对于实现良好的性能是至关重要的。SQL Server用内存做过程缓存、数据和索
引项缓存、静态服务器开支和设置开支。SQL Server最多能利用2GB虚拟内存，这也是最大的设置值。还有一点必须考虑的
是Windows NT和它的所有相关的服务也要占用内存。
Windows NT为每个WIN32应用程序提供了4GB的虚拟地址空间。这个虚拟地址空间由Windows NT虚拟内存管理器(VMM)映
射到物理内存上，在某些硬件平台上可以达到4GB。SQL Server应用程序只知道虚拟地址，所以不能直接访问物理内存，这
个访问是由VMM控制的。Windows NT允许产生超出可用的物理内存的虚拟地址空间，这样当给SQL Server分配的虚拟内存多
于可用的物理内存时，会降低SQL Server的性能。
这些地址空间是专门为SQL Server系统设置的，所以如果在同一硬件平台上还有其它软件(如文件和打印共享，应用程
序服务等)在运行，那么应该考虑到它们也占用一部分内存。一般来说硬件平台至少要配置32MB的内存，其中，Windows NT
至少要占用16MB。1个简单的法则是，给每一个并发的用户增加100KB的内存。例如，如果有100个并发的用户，则至少需要
32MB+100用户*100KB＝42MB内存，实际的使用数量还需要根据运行的实际情况调整。可以说，提高内存是提高系统性能的
最经济的途径。
2.3 磁盘子系统
设计1个好的磁盘I/O系统是实现良好的SQL Server方案的一个很重要的方面。这里讨论的磁盘子系统至少有1个磁盘控
制设备和1个或多个硬盘单元，还有对磁盘设置和文件系统的考虑。智能型SCSI-2磁盘控制器或磁盘组控制器是不错的选
择，其特点如下：
(1)控制器高速缓存。
(2)总线主板上有处理器，可以减少对系统CPU的中断。
(3)异步读写支持。
(4)32位RAID支持。
(5)快速SCSI—2驱动。
(6)超前读高速缓存(至少1个磁道)。
3 检索策略
在精心选择了硬件平台，又实现了1个良好的数据库方案，并且具备了用户需求和应用方面的知识后，现在应该设计查
询和索引了。有2个方面对于在SQL Server上取得良好的查询和索引性能是十分重要的，第1是根据SQL Server优化器方面
的知识生成查询和索引；第2是利用SQL Server的性能特点，加强数据访问操作。
3.1 SQL Server优化器
Microsoft SQL Server数据库内核用1个基于费用的查询优化器自动优化向SQL提交的数据查询操作。数据操作查询是
指支持SQL关键字WHERE或HAVING的查询，如SELECT、DELETE和UPDATE。基于费用的查询优化器根据统计信息产生子句的费
用估算。
了解优化器数据处理过程的简单方法是检测SHOWPLAN命令的输出结果。如果用基于字符的工具(例如isql)，可以通过
键入SHOW SHOWPLAN ON来得到SHOWPLAN命令的输出。如果使用图形化查询，比如SQL Enterprise Manager中的查询工具或
isql/w，可以设定配置选项来提供这一信息。
SQL Server的优化通过3个阶段完成：查询分析、索引选择、合并选择。
1.查询分析
在查询分析阶段，SQL Server优化器查看每一个由正规查询树代表的子句，并判断它是否能被优化。SQL Server一般
会尽量优化那些限制扫描的子句。例如，搜索和/或合并子句。但是不是所有合法的SQL语法都可以分成可优化的子句，如
含有SQL不等关系符“<>”的子句。因为“<>”是1个排斥性的操作符，而不是1个包括性的操作符，所在扫描整个表之前无
法确定子句的选择范围会有多大。当1个关系型查询中含有不可优化的子句时，执行计划用表扫描来访问查询的这个部分，
对于查询树中可优化的SQL Server子句，则由优化器执行索引选择。
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用程序的结构、查询设计、接口选择等方面有多种选择，这取决于特定的应用需求以及开发队伍的技能。本文以SQL
Server为例，从后台数据库的角度讨论应用程序性能优化技巧，并且给出了一些有益的建议。
1 数据库设计
要在良好的SQL Server方案中实现最优的性能，最关键的是要有1个很好的数据库设计方案。在实际工作中，许多SQL
Server方案往往是由于数据库设计得不好导致性能很差。所以，要实现良好的数据库设计就必须考虑这些问题。
1.1 逻辑库规范化问题
一般来说，逻辑数据库设计会满足规范化的前3级标准：
1.第1规范：没有重复的组或多值的列。
2.第2规范：每个非关键字段必须依赖于主关键字，不能依赖于1个组合式主关键字的某些组成部分。
3.第3规范：1个非关键字段不能依赖于另1个非关键字段。
遵守这些规则的设计会产生较少的列和更多的表，因而也就减少了数据冗余，也减少了用于存储数据的页。但表关系
也许需要通过复杂的合并来处理，这样会降低系统的性能。某种程度上的非规范化可以改善系统的性能，非规范化过程可
以根据性能方面不同的考虑用多种不同的方法进行，但以下方法经实践验证往往能提高性能。
1.如果规范化设计产生了许多4路或更多路合并关系，就可以考虑在数据库实体(表)中加入重复属性(列)。
2.常用的计算字段(如总计、最大值等)可以考虑存储到数据库实体中。
比如某一个项目的计划管理系统中有计划表，其字段为：项目编号、年初计划、二次计划、调整计划、补列计划…，
而计划总数(年初计划+二次计划+调整计划+补列计划)是用户经常需要在查询和报表中用到的，在表的记录量很大时，有必
要把计划总数作为1个独立的字段加入到表中。这里可以采用触发器以在客户端保持数据的一致性。
3.重新定义实体以减少外部属性数据或行数据的开支。相应的非规范化类型是：
(1)把1个实体(表)分割成2个表(把所有的属性分成2组)。这样就把频繁被访问的数据同较少被访问的数据分开了。这
种方法要求在每个表中复制首要关键字。这样产生的设计有利于并行处理，并将产生列数较少的表。
(2)把1个实体(表)分割成2个表(把所有的行分成2组)。这种方法适用于那些将包含大量数据的实体(表)。在应用中常
要保留历史记录，但是历史记录很少用到。因此可以把频繁被访问的数据同较少被访问的历史数据分开。而且如果数据行
是作为子集被逻辑工作组(部门、销售分区、地理区域等)访问的，那么这种方法也是很有好处的。
1.2 生成物理数据库
要想正确选择基本物理实现策略，必须懂得数据库访问格式和硬件资源的操作特点，主要是内存和磁盘子系统I/O。这
是一个范围广泛的话题，但以下的准则可能会有所帮助。
1.与每个表列相关的数据类型应该反映数据所需的最小存储空间，特别是对于被索引的列更是如此。比如能使用
smallint类型就不要用integer类型，这样索引字段可以被更快地读取，而且可以在1个数据页上放置更多的数据行，因而
也就减少了I/O操作。
2.把1个表放在某个物理设备上，再通过SQL Server段把它的不分簇索引放在1个不同的物理设备上，这样能提高性
能。尤其是系统采用了多个智能型磁盘控制器和数据分离技术的情况下，这样做的好处更加明显。
3.用SQL Server段把一个频繁使用的大表分割开，并放在2个单独的智能型磁盘控制器的数据库设备上，这样也可以提
高性能。因为有多个磁头在查找，所以数据分离也能提高性能。
4.用SQL Server段把文本或图像列的数据存放在1个单独的物理设备上可以提高性能。1个专用的智能型的控制器能进
一步提高性能。
2 与SQL Server相关的硬件系统
与SQL Server有关的硬件设计包括系统处理器、内存、磁盘子系统和网络，这4个部分基本上构成了硬件平台，
Windows NT和SQL Server运行于其上。
2.1 系统处理器(CPU)
根据自己的具体需要确定CPU结构的过程就是估计在硬件平台上占用CPU的工作量的过程。从以往的经验看，CPU配置最
少应是1个80586/100处理器。如果只有2～3个用户，这就足够了，但如果打算支持更多的用户和关键应用，推荐采用
Pentium Pro或PⅡ级CPU。
2.2 内存(RAM)
为SQL Server方案确定合适的内存设置对于实现良好的性能是至关重要的。SQL Server用内存做过程缓存、数据和索
引项缓存、静态服务器开支和设置开支。SQL Server最多能利用2GB虚拟内存，这也是最大的设置值。还有一点必须考虑的
是Windows NT和它的所有相关的服务也要占用内存。
Windows NT为每个WIN32应用程序提供了4GB的虚拟地址空间。这个虚拟地址空间由Windows NT虚拟内存管理器(VMM)映
射到物理内存上，在某些硬件平台上可以达到4GB。SQL Server应用程序只知道虚拟地址，所以不能直接访问物理内存，这
个访问是由VMM控制的。Windows NT允许产生超出可用的物理内存的虚拟地址空间，这样当给SQL Server分配的虚拟内存多
于可用的物理内存时，会降低SQL Server的性能。
这些地址空间是专门为SQL Server系统设置的，所以如果在同一硬件平台上还有其它软件(如文件和打印共享，应用程
序服务等)在运行，那么应该考虑到它们也占用一部分内存。一般来说硬件平台至少要配置32MB的内存，其中，Windows NT
至少要占用16MB。1个简单的法则是，给每一个并发的用户增加100KB的内存。例如，如果有100个并发的用户，则至少需要
32MB+100用户*100KB＝42MB内存，实际的使用数量还需要根据运行的实际情况调整。可以说，提高内存是提高系统性能的
最经济的途径。
2.3 磁盘子系统
设计1个好的磁盘I/O系统是实现良好的SQL Server方案的一个很重要的方面。这里讨论的磁盘子系统至少有1个磁盘控
制设备和1个或多个硬盘单元，还有对磁盘设置和文件系统的考虑。智能型SCSI-2磁盘控制器或磁盘组控制器是不错的选
择，其特点如下：
(1)控制器高速缓存。
(2)总线主板上有处理器，可以减少对系统CPU的中断。
(3)异步读写支持。
(4)32位RAID支持。
(5)快速SCSI—2驱动。
(6)超前读高速缓存(至少1个磁道)。
3 检索策略
在精心选择了硬件平台，又实现了1个良好的数据库方案，并且具备了用户需求和应用方面的知识后，现在应该设计查
询和索引了。有2个方面对于在SQL Server上取得良好的查询和索引性能是十分重要的，第1是根据SQL Server优化器方面
的知识生成查询和索引；第2是利用SQL Server的性能特点，加强数据访问操作。
3.1 SQL Server优化器
Microsoft SQL Server数据库内核用1个基于费用的查询优化器自动优化向SQL提交的数据查询操作。数据操作查询是
指支持SQL关键字WHERE或HAVING的查询，如SELECT、DELETE和UPDATE。基于费用的查询优化器根据统计信息产生子句的费
用估算。
了解优化器数据处理过程的简单方法是检测SHOWPLAN命令的输出结果。如果用基于字符的工具(例如isql)，可以通过
键入SHOW SHOWPLAN ON来得到SHOWPLAN命令的输出。如果使用图形化查询，比如SQL Enterprise Manager中的查询工具或
isql/w，可以设定配置选项来提供这一信息。
SQL Server的优化通过3个阶段完成：查询分析、索引选择、合并选择。
1.查询分析
在查询分析阶段，SQL Server优化器查看每一个由正规查询树代表的子句，并判断它是否能被优化。SQL Server一般
会尽量优化那些限制扫描的子句。例如，搜索和/或合并子句。但是不是所有合法的SQL语法都可以分成可优化的子句，如
含有SQL不等关系符“<>”的子句。因为“<>”是1个排斥性的操作符，而不是1个包括性的操作符，所在扫描整个表之前无
法确定子句的选择范围会有多大。当1个关系型查询中含有不可优化的子句时，执行计划用表扫描来访问查询的这个部分，
对于查询树中可优化的SQL Server子句，则由优化器执行索引选择。
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