Введение
Индексы Columnstore в SQL — это специализированная функция базы данных, которая может значительно повысить производительность запросов и сжатие данных в определенных сценариях. Они были разработаны для решения проблем производительности и хранения, связанных с обработкой больших объемов данных в хранилищах данных и аналитических рабочих нагрузках. В этой статье мы углубимся в историю, внутреннюю структуру, ключевые функции, типы, использование и будущие перспективы индексов Columnstore в SQL.
История и происхождение
Индексы Columnstore в SQL были впервые представлены Microsoft с выпуском SQL Server 2012. Концепция столбцового хранилища, лежащая в основе индексов Columnstore, восходит к 1970-м годам. Однако популярность он приобрел в середине 2000-х годов с появлением больших данных и необходимостью лучшего сжатия данных и повышения производительности запросов. Внедрение Microsoft индексов Columnstore ознаменовало значительный прогресс в этой области, сделав его стандартной функцией во многих современных системах управления базами данных.
Подробная информация об индексах Columnstore в SQL
Индекс Columnstore — это технология, которая организует и хранит данные по столбцам, а не по традиционному хранению на основе строк. При хранении на основе строк данные в таблице сохраняются и извлекаются построчно. Напротив, в индексах Columnstore данные в каждом столбце хранятся и обрабатываются вместе, что приводит к улучшенному сжатию и повышению производительности аналитических запросов.
Индексы Columnstore хорошо подходят для рабочих нагрузок с интенсивным чтением, когда запросы включают большие объемы данных и агрегатов. Они могут значительно ускорить создание отчетов, хранение данных и выполнение аналитических запросов, требующих сканирования и обработки больших наборов данных.
Внутренняя структура и функционирование
Внутренняя структура индекса Columnstore основана на сегментах столбцов и словарях. Сегмент столбца – это сжатая единица данных для каждого столбца. Он состоит из набора значений и ряда метаданных, включая минимальные и максимальные значения, для облегчения поиска данных.
Словари используются для сжатия повторяющихся значений в столбце. Вместо многократного хранения фактических значений в словаре сохраняются уникальные значения и соответствующие им идентификаторы, что снижает требования к хранению и повышает производительность запросов.
Индекс Columnstore использует метод, называемый пакетной обработкой, для эффективного сканирования и обработки больших наборов данных. Он выполняет операции над несколькими строками одновременно, что повышает производительность аналитических запросов.
Ключевые особенности индексов Columnstore в SQL
-
Сжатие данных: индексы Columnstore значительно снижают требования к хранению данных благодаря их столбцовому формату хранения и методам сжатия на основе словаря.
-
Пакетный режим обработки: Возможность обрабатывать данные пакетами, а не построчно, позволяет быстрее выполнять запросы для больших наборов данных.
-
Предикат Pushdown: индексы Columnstore поддерживают передачу предикатов, что означает, что оптимизатор запросов может фильтровать данные на уровне хранилища перед их извлечением, что еще больше повышает производительность запросов.
-
Векторизованное выполнение: операции над целыми векторами данных выполняются одновременно, что приводит к повышению скорости выполнения запросов.
Типы индексов Columnstore в SQL
В SQL существует два типа индексов Columnstore:
-
Кластерный индекс Columnstore (CCI):
- Каждая таблица может иметь только один CCI.
- Вся таблица преобразуется в сжатый столбчатый формат.
- Идеально подходит для хранения больших данных и аналитических задач.
-
Некластеризованный индекс Columnstore Index (NCCI):
- В одной таблице можно создать несколько NCCI.
- Только выбранные столбцы преобразуются в сжатый столбцовый формат, а остальные остаются в формате строк.
- Подходит для сценариев, в которых определенные столбцы запрашиваются чаще, чем другие.
Ниже приведена таблица, суммирующая различия между CCI и NCCI:
| Особенность | Кластерный индекс Columnstore (CCI) | Некластеризованный индекс Columnstore Index (NCCI) |
|---|---|---|
| Преобразование таблицы | Вся таблица преобразуется в столбчатый формат | Преобразовываются только выбранные столбцы |
| Количество индексов | За столом допускается только один CCI. | В таблице можно создать несколько NCCI. |
| Производительность запросов | Как правило, быстрее благодаря полному столбчатому хранению | Производительность запроса зависит от выбора столбца |
Использование, проблемы и решения
Индексы Columnstore очень полезны для аналитических запросов, требующих крупномасштабной обработки данных. Однако они могут не подходить для рабочих нагрузок OLTP (онлайн-обработка транзакций), которые включают частые мелкомасштабные транзакции и обновления. В таких сценариях традиционные индексы на основе строк работают лучше.
Проблемы с индексами Columnstore включают в себя:
-
Вставка и обновление производительности: Индексы Columnstore могут страдать от более медленной производительности вставки и обновления по сравнению с индексами на основе строк, поскольку для оптимальной производительности им требуется массовая загрузка данных.
-
Дельта Магазин: Для эффективной обработки обновлений SQL Server поддерживает дельта-хранилище для незафиксированных данных, которое периодически объединяется с основным хранилищем столбцов. Этот процесс может повлиять на производительность запросов во время слияний.
Решение этих проблем включает в себя:
-
Пакетные обновления: Выполнение обновлений большими пакетами может повысить производительность за счет уменьшения частоты слияний Delta Store.
-
Сегментация данных: Сегментация данных на более мелкие единицы может помочь ускорить операции вставки и обновления.
Характеристики и сравнения
Давайте сравним индексы Columnstore со схожими функциями базы данных:
| Особенность | Индексы Columnstore | Индексы Rowstore |
|---|---|---|
| Формат хранения | Столбчатое хранилище | Хранилище на основе строк |
| Сжатие | Высокая степень сжатия | Более низкая степень сжатия |
| Производительность запросов | Быстрее для аналитических запросов | Быстрее для запросов OLTP |
| Вставка и обновление производительности | Медленнее для отдельных обновлений | Быстрее для отдельных обновлений |
Перспективы и технологии будущего
Поскольку данные продолжают расти в геометрической прогрессии, индексы Columnstore останутся важнейшим компонентом современных баз данных. Будущие разработки могут быть сосредоточены на решении проблем, связанных с обновлениями, и предоставлении еще более эффективных алгоритмов сжатия.
Прокси-серверы и индексы Columnstore в SQL
Прокси-серверы, предоставляемые OneProxy, могут повысить производительность развертываний SQL Server с использованием индексов Columnstore. Направляя SQL-запросы через прокси-серверы, организации могут снять с себя часть накладных расходов на обработку и потенциально сократить время ответа для удаленных клиентов. Кроме того, возможности балансировки нагрузки OneProxy могут помочь равномерно распределять запросы, оптимизируя использование ресурсов.
Ссылки по теме
Для получения дополнительной информации об индексах Columnstore в SQL обратитесь к следующим ресурсам:
