淺談SQL Server中的快照問題

    資料庫快照，正如其名稱所示那樣，是資料庫在某一時間點的檢視。是SQL Server在2005之後的版本引入的特性。快照的應用場景比較多，但快照設計最開始的目的是為了報表服務。比如我需要出2011的資產負債表，這需要資料保持在2011年12月31日零點時的狀態，則利用快照可以實現這一點。快照還可以和映象結合來達到讀寫分離的目的。下面我們來看什麼是快照。

什麼是快照

    資料庫快照是 SQL Server 資料庫（源資料庫）的只讀靜態檢視。換句話說，快照可以理解為一個只讀的資料庫。利用快照，可以提供如下好處:

•     提供了一個靜態的檢視來為報表提供服務

•     可以利用資料庫快照來恢復資料庫，相比備份恢復來說，這個速度會大大提高(在下面我會解釋為什麼)

•     和資料庫映象結合使用，提供讀寫分離

•     作為測試環境或資料變更前的備份，比如我要大批匯入或刪除資料前，或是將資料提供給測試人員進行測試前，做一個快照，如果出現問題，則可以利用快照恢復到快照建立時的狀態

快照的原理

    與備份資料庫複製整個資料庫不同，快照並不複製整個資料庫的頁，而是僅僅複製在快照建立時間點之後改變的頁。因此，當利用快照進行資料庫恢復時，也僅僅將那些做出改變的頁恢復到源資料庫，這個速度無疑會大大高於備份和恢復方式。這個原理如圖1所示（圖摘自SQL Server 2008揭秘）。

    由圖1可以看出，快照並不是複製整個整個資料庫，而僅僅利用快照儲存原始頁。因此可以看出,源資料庫上建立快照會給IO增加額外負擔.當對快照資料庫進行查詢時，快照時間點之後更改的資料會查詢資料檔案，。這個概念如圖2所示（圖摘自SQL Server 2008揭秘）。  

寫入時複製(Copy On Writing)和稀疏檔案(Sparse Flie)

    由上圖中可以看出，快照資料庫的檔案是基於稀疏檔案(Sparse File),稀疏檔案是NTFS檔案系統的一項特性。所謂的稀疏檔案，是指檔案中出現大量0的資料，這些資料對我們用處並不大，卻一樣佔用著磁碟空間。因此NTFS對此進行了最佳化，利用演算法將這個檔案進行壓縮。因此當稀疏檔案被建立時，稀疏檔案剛開始大小會很小(甚至是空檔案)，比如圖3所示的檔案就是一個稀疏檔案。雖然邏輯上佔了21M，但檔案實際上佔了128KB磁碟空間。

    對於快照來說，除了透過快照資料庫檔案的屬性來看快照的大小之外，也可以透過DMV來檢視，如圖4所示.

    而當快照建立後，隨著對源資料庫的改變逐漸增多，稀疏檔案也會慢慢增長,概念如圖4所示。

    所以，通常來說，當稀疏檔案增長到源資料庫檔案大小的30%時，就應該考慮重建快照了。

    而稀疏檔案的寫入是利用了微軟的寫入時複製技術（Copy-On-Writing）,意思是在複製一個物件時並不是真正把物件複製到另一個位置，而是在新的物件中對映一個指標，指向原物件的位置。這樣當對新物件執行讀操作時，直接指向原物件。而在對新的物件執行寫操作時,將改變部分物件的指標指向到新的地址中。並修改對映表到新的位置中。

使用快照的限制

    使用快照存在諸多限制，由於列表太長（詳細請參考MSDN：）,我只概括的說一下主要限制。

•     當使用快照恢復資料庫時，首先要刪除其他快照

•     快照在建立時的時間點上沒有commit的資料不會被記入快照

•     快照是快照整個資料庫，而不是資料庫的某一部分

•     快照是隻讀的，意思是不能在快照上加任何更改，即使是你想加一個讓報表跑得更快的索引

•     在利用快照恢復資料庫時，快照和源資料庫都不可用

•     快照和源資料必須在同一個例項上

•     快照資料庫的檔案必須在NTFS格式的盤上

•     當磁碟不能滿足快照的增長時，快照資料庫會被置為suspect狀態

•     快照上不能存在全文索引

    其實，雖然限制看上去很多，但只要明白快照的原理，自然能推測出快照應該有的限制。

快照的建立和使用

    無論是使用SSMS或是命令列，快照只能透過T-SQL語句建立。在建立資料庫之前，首先要知道資料庫分佈在幾個檔案上，因為快照需要對每一個檔案進行copy-on-writing。如圖6所示。

    根據圖6的資料庫分佈，我們透過T-SQL建立快照,如圖7所示。

     當快照資料庫建立成功後，就可以像使用普通資料庫一樣使用快照資料庫了,如圖8所示。

    透過如下語句可以看到，快照資料庫檔案和源資料庫的檔案貌似並無區別，僅僅是快照資料庫檔案是稀疏檔案，如圖9所示。

    而刪除快照資料庫和刪除普通資料庫並無二至，也僅僅是使用DROP語句，如圖10所示。

    我們也可以利用快照恢復資料庫，這個恢復速度要比普通的備份-恢復來的快得多,這也可以將資料庫呈現給測試人員，當測試結束後，恢復資料庫到測試之前的狀態。如圖11所示。

使用快照其他一些需要考慮的因素

    1.快照資料庫的安全設定繼承源資料庫的安全設定。也就是說能訪問源資料庫的使用者或角色也能訪問快照資料庫，當然，因為快照資料庫是隻讀的，所以無論任何角色或人都無法修改快照資料庫。

    2.我們由文章前面圖5看出，隨著快照存在的時間越來越長，快照會不斷增長。所以推薦在快照達到源資料庫大小30%之前，重新建立快照。

    3.由於快照會拖累資料庫效能，所以資料庫不宜存在過多快照。

總結

    本文簡單講述了資料庫快照的概念，原理以及使用。資料庫快照可以在很多場景下使用，無論是用於報表，還是和映象配合提供負載，以及利用快照恢復資料庫，使用得當的話，快照將會是一把利器。