Alayon - Tecnologia da Informação : #19

Por Junior Galvão em 02/01/2018

Neste primeiro post de 2018 não vou trazer nenhuma novidade para o Microsoft SQL Server ou banco de dados, mas sim compartilhar como faço em alguns momentos, conceitos já conhecidos da grande maioria.

Hoje quero trazer para vocês um dos assuntos mais discutidos quando estamos trabalhando com nossos servidores de banco de dados, estou me referindo ao período de processamento do comando select dentro de um bloco de transação conhecido como Ciclo de Vida de Query através do comando Select.

Sendo assim, chegou a hora de conhecer um pouco mais sobre o primeiro post de 2018, post de número 19 da sessão Para que serve. Entã seja bem vindo ao #19 – Para que serve – Ciclo de Vida de Query através do comando Select.

Introdução

Um dos comandos mais utilizados em qualquer Sistema Gerenciador de Banco de Dados ou propriamente um Banco de Dados é o comando Select, sendo este responsável em recuperar linhas do banco de dados e permite a seleção de uma ou várias linhas ou colunas de uma ou várias tabelas, no Microsoft SQL Server isso não é diferente.

Basicamente ao se executar um comando Select podemos estar trabalhando com uma simples query ou conjunto de querys que podem formar uma ou mais transações, é com base neste cenário que o comando Select composto por sua conjunto de argumentos e opções permite estabelecer um ciclo de vida dedicado exclusivamente ao seu período de compilação, execução e encerramento.

Desta forma, algumas perguntas podem surgir decorrentes do seu processo de processamento, dentre as quais destaco:

Quais são as etapas para o processamento de um select?
Onde inicia e onde termina cada processo?

De uma maneira bastante simples e direta vou tentar responder estas questões, iniciando pela organização da estrutura de componentes utilizadas pelo comando Select, conhecidos como:

Relation Engine;
Storage Engine; e
Buffer Pool.

Relational Engine é responsável pelos processos de Query Optmizer, Query Executor e Parse entre outros, avaliando toda a parte algébrica, sintaxe e plano de execução da Query.
Storage Engine é o cara do I/O, responsável pelo gerenciamento e requisições de disco, alocações, Access Methods Code, Buffer Manager e Transaction MGR.
Buffer Pool tem vários papeis, mas, um dos mais importantes é o gerenciamento de memória para o plano de execução e alocação de páginas no data cache.

A Figura 1 apresentada abaixo ilustra um modelo básico da estrutura de relação entre estes componentes:

Figura 1 - Estrutura dos componentes utilizados pelo comando select.

Logicamente, dentro de cada componente podemos encontrar diversos subcomponentes que formam sua estrutura, responsáveis por diversas ações e procedimentos, formando um ecossistema único para cada elemento, dentre eles destaco o Query Optimizer com suas diversas fases de otimização para gerar o plano de execução mais assertivo.

O Ciclo (Select)

O primeiro passo é estabelecer a conexão entre aplicação (ERP, CRM, Web, etc...) e o SQL Server. Para isso, é utilizado um protocolo chamado Network Interface (SNI). No fundo o SNI utiliza um outro protocolo, na verdade, podem existir vários protocolos e o mais conhecido é o famoso TCP/IP.

A Figura 2 abaixo ilustra o inicio do ciclo de vida do comando select através do acesso feito por uma aplicação:

Figura 2 - Representação do inicio do ciclo de vida do comando select.

Ao realizar a conexão através da comanda e do protocolo (TCP/IP), os pacotes TDS (Tabular Data Stream Endpoints) são encaminhados ao Protocolo Layer, que tem como papel “reconhecer e interpretar” o pacote e validar a informação, assim como sua origem (client). Após isso o conteúdo (SQL Command) do pacote é enviado ao Command Parse.

A Figura 3 apresenta o comportamento do Command Parse após o processo de reconhecimento e interpretação do pacote contendo o comando select ser realizado:

Figura 3 - Comportamento do Command Parse após o processo de reconhecimento dos pacotes.

Neste cenário o CMD Parser vai fazer o seu trabalho, primeiro validando o T-SQL, checando sintaxe, nomes de objetos, parâmetros, palavras chaves. A segunda parte é procurar no Buffer Pool se já existe um plano de execução compatível para está query, se sim, ele recupera este plano e executa (Query Executor), caso contrário, passa o result da análise (Query Tree) para o Query Optmizer que é o responsável por gerar o Execution Plan (plano de execução) que será usado na execução (próxima etapa) do ciclo.

Ao receber as instruções o Query Optimizer, identifica a query realizando diversas etapas (fases 0,1,2) de otimização, afim de encontrar o plano mais eficiente, com base no “cost-based” (I/O, CPU). Nesta etapa as estatísticas são utilizadas servindo como Input de informação para tomada de decisão do Query Optimizer. Após o termino desta etapa, o plano de execução está pronto, passando o bastão para o Query Executor

O Query Executor é quem executa a Query, na verdade ele executa o plano de execução, colocando os operadores para trabalhar. É neste ponto também que ocorre a interação com a Storage Engine via interface Access Methods (OLE DB).

Seguindo em frente, Access Methods passa a solicitação para o Buffer Manager recuperar a página de dados, se a página especifica estiver em memória, o Buffer Pool solicita ao Data Cache que recupere a pagina, e retorna ao Access Methods (leituras logicas). Ao contrário, os dados são recuperados do disco (leituras físicas), colocados em cache e devolvendo o controle para o Access Methods.

De posse dos dados, o Access Methods devolve a informação para o Relational Engine que será enviada ao Client que a solicitou, assim o resultando do comando select é apresentado na tela da aplicação exibindo assim os dados solicitados pelo usuário. Desta maneira, nosso ciclo ou melhor o ciclo de vida do comando select esta concluído, conforme a Figura 4 apresenta abaixo: