Chỉ mục kho cột trong SQL

Giới thiệu

Chỉ mục Columnstore trong SQL là một tính năng cơ sở dữ liệu chuyên biệt có thể cải thiện đáng kể hiệu suất truy vấn và nén dữ liệu trong một số trường hợp nhất định. Chúng được thiết kế để giải quyết các thách thức về hiệu suất và lưu trữ liên quan đến việc xử lý khối lượng lớn dữ liệu trong khối lượng công việc phân tích và lưu trữ dữ liệu. Bài viết này sẽ đi sâu vào lịch sử, cấu trúc bên trong, các tính năng chính, loại, cách sử dụng và quan điểm trong tương lai của các chỉ mục Columnstore trong SQL.

Lịch sử và nguồn gốc

Các chỉ mục của Columnstore trong SQL được Microsoft giới thiệu lần đầu tiên khi phát hành SQL Server 2012. Khái niệm lưu trữ theo cột, làm nền tảng cho các chỉ mục của Columnstore, đã có từ những năm 1970. Tuy nhiên, nó đã trở nên phổ biến vào giữa những năm 2000 với sự gia tăng của dữ liệu lớn và nhu cầu về hiệu suất truy vấn và nén dữ liệu tốt hơn. Việc triển khai các chỉ mục Columnstore của Microsoft đã đánh dấu một tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này, khiến nó trở thành một tính năng tiêu chuẩn trong nhiều hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu hiện đại.

Thông tin chi tiết về chỉ mục Columnstore trong SQL

Chỉ mục Columnstore là công nghệ tổ chức và lưu trữ dữ liệu theo cột thay vì lưu trữ theo hàng truyền thống. Trong lưu trữ theo hàng, dữ liệu trong bảng được lưu trữ và truy xuất theo từng hàng. Ngược lại, với chỉ mục Columnstore, dữ liệu trong mỗi cột được lưu trữ và xử lý cùng nhau, dẫn đến khả năng nén được cải thiện và hiệu suất tốt hơn cho các truy vấn phân tích.

Các chỉ mục của Columnstore rất phù hợp cho khối lượng công việc cần đọc nhiều, trong đó các truy vấn liên quan đến lượng lớn dữ liệu và tập hợp. Chúng có thể tăng tốc đáng kể việc báo cáo, lưu trữ dữ liệu và truy vấn phân tích yêu cầu quét và xử lý các tập dữ liệu lớn.

Cấu trúc và chức năng bên trong

Cấu trúc bên trong của chỉ mục Columnstore dựa trên các phân đoạn cột và từ điển. Phân đoạn cột là đơn vị dữ liệu được nén cho mỗi cột. Nó bao gồm một tập hợp các giá trị cùng với một loạt siêu dữ liệu, bao gồm các giá trị tối thiểu và tối đa, để hỗ trợ việc truy xuất dữ liệu.

Từ điển được sử dụng để nén các giá trị lặp lại trong một cột. Thay vì lưu trữ các giá trị thực tế nhiều lần, từ điển lưu trữ các giá trị duy nhất và ID tương ứng của chúng, giảm yêu cầu lưu trữ và cải thiện hiệu suất truy vấn.

Chỉ mục Columnstore tận dụng một kỹ thuật gọi là xử lý hàng loạt để quét và xử lý các tập dữ liệu lớn một cách hiệu quả. Nó thực hiện các thao tác trên nhiều hàng cùng một lúc, giúp nâng cao hiệu suất cho các truy vấn phân tích.

Các tính năng chính của Chỉ mục Columnstore trong SQL

• Nén dữ liệu: Các chỉ mục của kho lưu trữ cột giảm đáng kể yêu cầu lưu trữ dữ liệu do định dạng lưu trữ theo cột và kỹ thuật nén dựa trên từ điển của chúng.

• Chế độ xử lý hàng loạt: Khả năng xử lý dữ liệu theo lô, thay vì theo hàng, cho phép thực hiện truy vấn nhanh hơn đối với các tập dữ liệu lớn.

• Đẩy lùi vị ngữ: Các chỉ mục của kho cột hỗ trợ đẩy xuống vị từ, có nghĩa là trình tối ưu hóa truy vấn có thể lọc dữ liệu ở cấp độ lưu trữ trước khi truy xuất, nâng cao hơn nữa hiệu suất truy vấn.

• Thực thi Vector hóa: Các thao tác trên toàn bộ vectơ dữ liệu được thực hiện đồng thời, giúp cải thiện tốc độ thực hiện truy vấn.

Các loại chỉ mục Columnstore trong SQL

Có hai loại chỉ mục Columnstore trong SQL:

1. Chỉ mục cửa hàng cột theo cụm (CCI):

   • Mỗi bảng chỉ có thể có một CCI.
   • Toàn bộ bảng được chuyển đổi thành định dạng cột nén.
   • Lý tưởng cho khối lượng công việc lưu trữ dữ liệu lớn và phân tích.

2. Chỉ mục cửa hàng cột không phân cụm (NCCI):

   • Nhiều NCCI có thể được tạo trên một bảng.
   • Chỉ các cột được chọn mới được chuyển đổi thành định dạng cột nén, phần còn lại ở định dạng dựa trên hàng.
   • Thích hợp cho các tình huống trong đó các cột nhất định được truy vấn thường xuyên hơn các cột khác.

Dưới đây là bảng tóm tắt sự khác biệt giữa CCI và NCCI:

Cách sử dụng, thách thức và giải pháp

Các chỉ mục của Columnstore rất có lợi cho các truy vấn phân tích liên quan đến việc xử lý dữ liệu quy mô lớn. Tuy nhiên, chúng có thể không phù hợp với khối lượng công việc OLTP (Xử lý giao dịch trực tuyến), bao gồm các giao dịch và cập nhật quy mô nhỏ thường xuyên. Trong những trường hợp như vậy, các chỉ mục dựa trên hàng truyền thống hoạt động tốt hơn.

Những thách thức với chỉ mục của Columnstore bao gồm:

• Chèn và cập nhật hiệu suất: Các chỉ mục của kho cột có thể có hiệu suất chèn và cập nhật chậm hơn so với các chỉ mục dựa trên hàng, vì chúng yêu cầu tải dữ liệu hàng loạt để có hiệu suất tối ưu.

• Cửa hàng Delta: Để xử lý các bản cập nhật một cách hiệu quả, SQL Server duy trì một Cửa hàng Delta dành cho dữ liệu chưa được cam kết, được hợp nhất định kỳ vào Cửa hàng Cột chính. Quá trình này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất truy vấn trong quá trình hợp nhất.

Giải pháp cho những thách thức này bao gồm:

• Cập nhật hàng loạt: Thực hiện cập nhật theo đợt lớn hơn có thể cải thiện hiệu suất bằng cách giảm tần suất hợp nhất Delta Store.

• Phân đoạn dữ liệu: Phân đoạn dữ liệu thành các đơn vị nhỏ hơn có thể hỗ trợ các hoạt động chèn và cập nhật nhanh hơn.

Đặc điểm và so sánh

Hãy so sánh các chỉ mục của Columnstore với các tính năng cơ sở dữ liệu tương tự:

Quan điểm và công nghệ tương lai

Khi dữ liệu tiếp tục tăng theo cấp số nhân, các chỉ mục của Columnstore sẽ vẫn là một thành phần quan trọng của cơ sở dữ liệu hiện đại. Những tiến bộ trong tương lai có thể tập trung vào việc giải quyết các thách thức liên quan đến cập nhật và cung cấp các thuật toán nén hiệu quả hơn nữa.

Máy chủ proxy và chỉ mục kho lưu trữ cột trong SQL

Máy chủ proxy do OneProxy cung cấp có thể nâng cao hiệu suất triển khai SQL Server bằng cách sử dụng chỉ mục Columnstore. Bằng cách định tuyến các truy vấn SQL thông qua máy chủ proxy, các tổ chức có thể giảm bớt một số chi phí xử lý và có khả năng cải thiện thời gian phản hồi cho các máy khách từ xa. Ngoài ra, khả năng cân bằng tải của OneProxy có thể giúp phân phối đồng đều các truy vấn, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.

Liên kết liên quan

Để biết thêm thông tin về chỉ mục Columnstore trong SQL, hãy tham khảo các tài nguyên sau:

• Microsoft Docs trên các chỉ mục của Columnstore
• Trung tâm máy chủ SQL: Giới thiệu về chỉ mục Columnstore
• Nén dữ liệu trong SQL Server