数据库快照的工作方式

5月 29th, 2011

数据库快照提供源数据库在创建快照时的只读,静态视图,不包含未提交的事务.由于数据库引擎在创建快照后运行恢复,因此未提交的事务在新近创建的数据库快照中回滚(数据库中的事务不受影响).

数据库快照与源数据库相关.数据库快照必须与数据库在同一服务器实例上.此外,如果数据库因某种原因而不可用,则它的所有数据库快照也将不可用.

快照可用于报表.另外,如果源数据库出现用户错误,还可将源数据库恢复到创建快照时的状态.丢失的数据仅限于创建快照后数据库更新的数据.此外,在对数据库进行重大更改(例如,更改表的架构或结构)之前创建数据库快照也很有用.

虽然不一定必须使用快照,但是了解其工作原理会有所帮助.数据库快照在数据页级运行.在第一次修改源数据库页之前,先将原始页从源数据库复制到快照.此过程称为写入时复制操作“.快照将存储原始页,保留它们在创建快照时的数据记录.对已修改页中的记录进行后续更新不会影响快照的内容.对要进行第一次修改的每一页重复此过程.这样,快照将保留自创建快照后经修改的所有数据记录的原始页.

为了存储复制的原始页,快照使用一个或多个稀疏文件“.最初,稀疏文件实质上是空文件,不包含用户数据并且未被分配存储用户数据的磁盘空间.随着源数据库中更新的页越来越多,文件的大小也不断增长.创建快照时,稀疏文件占用的磁盘空间很少.然而,由于数据库随着时间的推移不断更新,稀疏文件会增长为一个很大的文件.

下图说明了写入时复制操作.快照关系图中的浅灰色方框表示稀疏文件中尚未分配的潜在空间.收到源数据库中页的第一次更新时,数据库引擎将写入文件,操作系统向快照的稀疏文件分配空间并将原始页复制到该处.然后,数据库引擎更新源数据库中的页.下图说明了此类写入时复制操作.

重要提示:由于数据库快照不是冗余存储,因此,它们不会防止磁盘出现错误或其他类型的损坏.为了保护数据库,非常有必要定期执行备份并测试还原计划.如果必须将源数据库还原到创建数据库快照的时间点,请实施允许您执行该操作的备份策略.

 

对数据库快照的读操作

对于用户而言,数据库快照似乎始终保持不变,因为对数据库快照的读操作始终访问原始数据页,而与页驻留的位置无关.如果未更新源数据库中的页,则对快照的读操作将从源数据库读取原始页.下图显示了对新创建的快照(因此其稀疏文件不包含页)的读操作.此读操作仅从源数据库读取.

更新页之后,对快照的读操作仍访问原始页,该原始页现在存储在稀疏文件中.下图说明了对访问源数据库中更新页的快照的读操作.此读操作从快照的稀疏文件中读取原始页.

 

更新模式对数据库快照增长的影响

如果您的源数据库过大并且您担心磁盘空间使用量,则您应该在某个时候用新快照替换旧快照.快照理想的使用期限取决于其增长率以及可用于其稀疏文件的磁盘空间.快照所需的磁盘空间取决于在快照使用期限内源数据库中更新的不同页的数量.因此,如果大多数情况下更新重复更新的页的小子集,则随着时间的推移,增长率会降低,快照所需空间也会相对较小.相反,如果最终将所有原始页至少更新一次,则快照将会增长到源数据库的大小.如果磁盘将满,则快照会互相争用磁盘空间.如果磁盘驱动器已满,则无法将操作写入所有快照.

因此,在计划快照预计使用期限内所需空间量时,了解数据库的通常更新模式是很有用的.对于某些数据库,更新率可能相当稳定;例如,库存数据库可能每天都更新很多页,这对每天或每周替换旧快照非常有用.对于其他数据库,更新页的比例在业务周期内可能有所不同;例如,目录数据库可能通常每季度更新,会在其他时间偶尔更新;逻辑策略是在每季度更新前后创建快照.如果发生严重更新错误,允许还原更新前快照,而更新后快照用于报告下一季度的写入.

下图说明了两种相对的更新模式对快照大小的影响.更新模式 A 反映的是在快照使用期限内仅有 30% 的原始页更新的环境.更新模式 B 反映的是在快照使用期限内有 80% 的原始页更新的环境.

 

数据库快照的元数据

对于数据库快照,数据库元数据包括 source_database_id 属性,该属性存储在 sys.databases 目录视图的列中通常,数据库快照不公开自己的元数据,但会公开源数据库的元数据.例如,此元数据包括下列语句返回的数据:

USE <database_snapshot> SELECT * FROM sys.database_files

其中,<database_snapshot>是数据库快照的名称.

唯一的例外情况是当源数据库使用全文搜索或数据库镜像时,此时由于更改了快照元数据中的一些值,因此在快照上禁用了源数据库.

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