Índices Columnstore em SQL

Introdução

Os índices Columnstore em SQL são um recurso de banco de dados especializado que pode melhorar significativamente o desempenho da consulta e a compactação de dados em determinados cenários. Eles foram projetados para enfrentar os desafios de desempenho e armazenamento associados ao manuseio de grandes volumes de dados em armazenamento de dados e cargas de trabalho analíticas. Este artigo se aprofundará na história, estrutura interna, principais recursos, tipos, uso e perspectivas futuras dos índices Columnstore em SQL.

História e Origem

Os índices Columnstore em SQL foram introduzidos pela primeira vez pela Microsoft com o lançamento do SQL Server 2012. O conceito de armazenamento colunar, que sustenta os índices Columnstore, remonta à década de 1970. No entanto, ganhou popularidade em meados dos anos 2000 com o surgimento do big data e a necessidade de melhor compactação de dados e desempenho de consulta. A implementação de índices Columnstore pela Microsoft marcou um avanço significativo nesta área, tornando-o um recurso padrão em muitos sistemas modernos de gerenciamento de banco de dados.

Informações detalhadas sobre índices Columnstore em SQL

Um índice Columnstore é uma tecnologia que organiza e armazena dados por colunas, em vez do armazenamento tradicional baseado em linhas. No armazenamento baseado em linhas, os dados em uma tabela são armazenados e recuperados linha por linha. Por outro lado, com os índices Columnstore, os dados dentro de cada coluna são armazenados e processados juntos, levando a uma melhor compactação e melhor desempenho para consultas analíticas.

Os índices Columnstore são adequados para cargas de trabalho com uso intensivo de leitura, em que as consultas envolvem grandes quantidades de dados e agregações. Eles podem acelerar significativamente a geração de relatórios, armazenamento de dados e consultas analíticas que exigem digitalização e processamento de grandes conjuntos de dados.

Estrutura Interna e Funcionamento

A estrutura interna de um índice Columnstore é baseada em segmentos de coluna e dicionários. Um segmento de coluna é uma unidade compactada de dados para cada coluna. Consiste em um conjunto de valores juntamente com uma série de metadados, incluindo valores mínimos e máximos, para facilitar a recuperação de dados.

Dicionários são usados para compactar valores repetitivos em uma coluna. Em vez de armazenar os valores reais diversas vezes, o dicionário armazena valores exclusivos e seus IDs correspondentes, reduzindo os requisitos de armazenamento e melhorando o desempenho da consulta.

O índice Columnstore aproveita uma técnica chamada processamento em lote para digitalizar e processar com eficiência grandes conjuntos de dados. Ele executa operações em diversas linhas ao mesmo tempo, o que melhora o desempenho para consultas analíticas.

Principais recursos dos índices Columnstore em SQL

• Compressão de dados: os índices Columnstore reduzem significativamente os requisitos de armazenamento de dados devido ao seu formato de armazenamento colunar e às técnicas de compactação baseadas em dicionário.

• Processamento em modo lote: a capacidade de processar dados em lotes, em vez de linha por linha, permite uma execução mais rápida de consultas para grandes conjuntos de dados.

• Pushdown de predicado: os índices Columnstore suportam pushdown de predicado, o que significa que o otimizador de consulta pode filtrar dados no nível de armazenamento antes de serem recuperados, melhorando ainda mais o desempenho da consulta.

• Execução Vetorizada: as operações em vetores inteiros de dados são executadas simultaneamente, resultando em melhores velocidades de execução de consultas.

Tipos de índices Columnstore em SQL

Existem dois tipos de índices Columnstore em SQL:

1. Índice Columnstore Clusterizado (CCI):

   • Cada tabela pode ter apenas um CCI.
   • A tabela inteira é convertida em um formato colunar compactado.
   • Ideal para grandes volumes de armazenamento de dados e cargas de trabalho analíticas.

2. Índice Columnstore Não Clusterizado (NCCI):

   • Vários NCCIs podem ser criados em uma única tabela.
   • Somente as colunas selecionadas são convertidas em um formato colunar compactado, deixando o restante no formato baseado em linhas.
   • Adequado para cenários em que determinadas colunas são consultadas com mais frequência do que outras.

Abaixo está uma tabela que resume as diferenças entre CCI e NCCI:

Uso, desafios e soluções

Os índices Columnstore são altamente benéficos para consultas analíticas que envolvem processamento de dados em grande escala. No entanto, eles podem não ser adequados para cargas de trabalho OLTP (Online Transaction Processing), que envolvem transações e atualizações frequentes em pequena escala. Nesses cenários, os índices tradicionais baseados em linhas apresentam melhor desempenho.

Os desafios com índices Columnstore incluem:

• Inserir e atualizar desempenho: os índices Columnstore podem sofrer com um desempenho de inserção e atualização mais lento em comparação com os índices baseados em linhas, pois exigem que os dados sejam carregados em massa para obter o desempenho ideal.

• Loja Delta: para lidar com atualizações com eficiência, o SQL Server mantém um Delta Store para dados não confirmados, que é periodicamente mesclado no Columnstore principal. Este processo pode afetar o desempenho da consulta durante as mesclagens.

As soluções para esses desafios incluem:

• Atualizações em lote: realizar atualizações em lotes maiores pode melhorar o desempenho, reduzindo a frequência de mesclagens do Delta Store.

• Segmentação de dados: segmentar dados em unidades menores pode ajudar em operações de inserção e atualização mais rápidas.

Características e comparações

Vamos comparar os índices Columnstore com recursos de banco de dados semelhantes:

Perspectivas e Tecnologias Futuras

À medida que os dados continuam a crescer exponencialmente, os índices Columnstore continuarão a ser um componente crucial dos bancos de dados modernos. Os avanços futuros podem se concentrar em enfrentar os desafios relacionados às atualizações e fornecer algoritmos de compressão ainda mais eficientes.

Servidores proxy e índices Columnstore em SQL

Os servidores proxy fornecidos pelo OneProxy podem aprimorar o desempenho das implantações do SQL Server usando índices Columnstore. Ao rotear consultas SQL por meio de servidores proxy, as organizações podem aliviar parte da sobrecarga de processamento e potencialmente melhorar os tempos de resposta para clientes remotos. Além disso, os recursos de balanceamento de carga do OneProxy podem ajudar a distribuir as consultas de maneira uniforme, otimizando o uso de recursos.

Links Relacionados

Para obter mais informações sobre índices Columnstore em SQL, consulte os seguintes recursos:

• Microsoft Docs sobre índices Columnstore
• SQL Server Central: introdução aos índices Columnstore
• Compactação de dados no SQL Server