Deep Dive Performance , le In-Memory dans SQL Server

Deep Dive Performance
le In-Memory dans SQL
Server
Aurélien Koppel
Resp. Tech. de compte (ADM)
Microsoft France

Frédéric Pichaut
Senior Escalation Egineer
Microsoft France
Bases de données/Data management

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#mstechdays

Bases de données/ Data management

Sommaire
• Introduction au In-Memory dans SQL
Server
• Les ColumnStore Indexes (v2)
• Le In-Memory OLTP (Hekaton)
• Conclusion
• Questions/Réponses
#mstechdays


LE IN-MEMORY DANS SQL SERVER
2014

#mstechdays


Les nouveaux serveurs aujourd’hui
• Server: HP DL580G7 (Environ $50K)
• CPU :
• 4-socket running Intel Westmere-EX
• 10 cores per socket,
• 2 threads per core
• 80 logical processors
• Memoire: 256GB (extensible à 2 TB)
• Disques: Controller, disk enclosure, and
25 x 146GB SAS 15K rpm disks
#mstechdays


Le In-Memory dans SQL Server
• BI: xVelocity in-memory analytics engine
– PowerPivot (Excel 2010 et >)
– Excel 2013
– Analysis Services 2012 – Modèle tabulaire
• SQL DataWarehousing: xVelocity memory optimized
ColumnStore index
– ColumnStore Indexes (SQL Server 2012 et >)
• SQL: xVelocity main memory optimized OLTP
– Projet Hekaton (SQL Server 2014)
#mstechdays


LES COLUMN STORE INDEXES (V2)

#mstechdays


Qu’est ce qu’un CSI?
• ColumnStore Index
• Nouveau type d’index introduit avec SQL Server 2012
• Membre de la famille “xVelocity”
• Stockage:
– En mémoire
– En colonne
– Compressé

• Syntaxe de création plus simple que pour des autres
types d’indexes: Pas réservé aux « Experts »!
#mstechdays


Fonctionnement des ColumnStore Indexes
Stockage en ligne
« Traditionnel »

Stockage en colonnes
C1

C
2

C3

C4

C5

Bénéfices:
•

Améliore les calculs d’agrégats:

•

Pas besoin de parcourir toutes les
pages

•

Améliore la compression:

…

Les données d’une même colonne ont
plus de probabilité d’être redondantes
•

Réduit les I/O:
Ne va chercher que les colonnes
nécessaires

#mstechdays


Pourquoi utiliser les Columnstore Indexes?
•

Optimiser l’accès à de gros entrepôts de données (pas OLTP)
– Schémas en étoile, tables de fait volumineuses
– Meilleur Temps de réponse

•

Transparent pour l’application:
–
–
–
–

•

Requêtes
Backup and restore
Mirroring, log shipping
SSMS, etc.

Réduction de l’effort de modélisation de la base de données
– Moins d’indexes à créer et maintenir
– Réduit le besoin d’agrégats pré-calculés ou de vues indexées
– Peut dans certains cas éviter la création de cubes OLAP (Si la performance
est le critère principal)
#mstechdays


Nouveauté SQL Server 2014: Clustered Columnstore
Indexes
•
•

Avantages des clustered index:
– Economisent de la place
Etudier la migration de vos tables en CCSI ou
l’utilisation des CCSI pour les nouvelles tables de
vos DWH

20.0

Space Used in GB (101 million row
table)

15.0
10.0

91%
savings

5.0

•

•

Support de nouveaux types de données
• High precision decimal, datatypeoffset,
binary, varbinary, uniqueidentifier, etc.
• Types non supportés: spatial, XML, max
types

0.0

Requêtes DML et DDL supportées
– Possibilité de faire évoluer le schéma de la
#mstechdays
table

** Space Used = Table space + Index space

C1

C2

C3

C4

C5

•
•

C6

DML (update, delete, insert) -> Utilisent le delta store
INSERT Values
–

C1

C2

•
C3

C4

C5

C6

•

•

#mstechdays

Si batch < 100k, insert dans le delta store, sinon columnstore

SELECT
–

•

DELETE suivi d’un INSERT.

BULK INSERT
–

•

Opération logique
Donnée effacée physiquement après REBUILD

UPDATE
–

•

Toujours dans le delta store

DELETE
–
–

tuple mover

Column
Store

Delta (row)
store

Nouveauté SQL Server 2014: Updatable Columnstore
Index

Unit les données des Column et Row stores - internal UNION
operation.

“Tuple mover” convertit les données en mode Column
quand le row group est plein (~1M of rows)
REORGANIZE statement -> convertit le delta store en
column store.


Nouveauté SQL Server 2014: Performance
Améliorée
•

Mode mixte d’exécution de requête (row et
batch)
–

•

La présence d’opérateurs de type row n’empêche pas les
autres opérateurs d’être exécutés en mode batch.

De nouveaux opérateurs « batch »:
–
–
–

joins (inner, outer)
partial/global aggregates w/ and w/o group by
union all operator

Note:
•

Les agrégats de type “Distinct” et les opérateurs “UNION” sont toujours
exécutés en row mode.

#mstechdays


DÉMO COLUMN STORE
INDEXES

#mstechdays


Demo Clustered ColumnStore Indexes

Dim
Date

Fact
Internet
Sales

Dim
Customer

50 Millions de lignes

#mstechdays


Dim
Geography

Demo Clustered ColumnStore Indexes

#mstechdays


LE IN-MEMORY OLTP (HEKATON)

#mstechdays


Hekaton: “In-Memory OLTP”
• Le “In-Memory OLTP” est l’une des innovations autour de
SQL Server 2014 pour titrer le mieux parties de la mémoire
et des processeurs
• Des éléments spécialisés pour chaque type de workloads:
• Column store indexes for SQL Server 2012/2014 and
PDW
• In-Memory Analytics – Power Pivot for Excel 2010
• App Fabric Cache - mid tier caching solution
• Stream Insight : Real time data stream analytics
•
#mstechdays In-Memory OLTP for SQL Server 2014

Les Mythes sur le In-Memory OLTP
1. SQL Server In-Memory OLTP est une réponse aux
offres de nos compétiteurs
2. In-Memory OLTP c’est comme un DBCC PINTABLE
3. In-Memory OLTP est un nouveau produit séparé
4. On peut passer une application au In-Memory OLTP
sans aucun changement
5. Comme les tables sont en mémoire, les données ne
sont pas durables ou disponibles pour la haute dispo.
Tout est perdu après un crash
#mstechdays


Mythe #1
• SQL Server In-Memory OLTP est une
réponse aux offres de nos compétiteurs
Le projet “Hekaton” a commencé il
y plus de 4 ans en réponse aux
besoins business et évolutions
hardware.
Pur produit de Microsoft Research
#mstechdays


Mythe #2
• In-Memory OLTP c’est comme un DBCC
PINTABLE

In-memory OLTP est un nouveau design pour
optimiser les opérations sur les données en
mémoire.
Il n’y a pas de pages ou buffer pool pour les
memory-optimized tables.
#mstechdays


Mythe #3
• In-Memory OLTP est un nouveau produit séparé

In-Memory OLTP complétement
intégré à SQL Server 2014
#mstechdays


Hekaton Architecture
Client App

TDS Handler and Session Management

Natively Compiled
SPs and Schema

Parser,
Catalog,
Optimizer

Native
Compiler

T-SQL Query Execution

Query
Interop

T
1

T
2

T
3

Tables
Indexes

T
1
Memory Optimized Data
Filegroup

#mstechdays

Buffer Pool for Tables & Indexes

SQL Server.exe

Memory Optimized Tables & Indexes

T
2

T
3

Transaction Log

T
1

T
2

Data Filegroup

T
3

Key
Existing
SQL
Componen
In-mem
t
OLTP
Componen
t
Generated
.dll

Mythe #4
• On peut passer un application au InMemory OLTP sans aucun changement

Il y a quelques modifications à faire, au
minimum dans le schéma.
Modifications plus faciles si on utilise
déjà des Stored Procedures
#mstechdays


Migration vers Hekaton
•

Storage
ALTER DATABASE ContosoOLTP ADD FILEGROUP [ContosoOLTP_hk_fs_fg] CONTAINS MEMORY_OPTIMIZED_DATA;
ALTER DATABASE ContosoOLTP
ADD FILE (NAME = [ContosoOLTP_fs_dir],
FILENAME = 'H:MOUNTHEADDATACONTOSOOLTP_FS_DIR') to FILEGROUP [ContosoOLTP_hk_fs_fg];

•

Table
CREATE TABLE Customers (
CustomerID nchar (5) NOT NULL PRIMARY KEY NONCLUSTERED HASH WITH (BUCKET_COUNT=100000),
CompanyName nvarchar (40) NOT NULL INDEX IX_CompanyName HASH(CompanyName) WITH (BUCKET_COUNT=65536),
ContactName nvarchar (30) NOT NULL ,
ContactTitle nvarchar (30) NOT NULL ,
Address nvarchar (60) NOT NULL ,
Ville nvarchar (15) NOT NULL INDEX IX_Ville HASH(Ville) WITH (BUCKET_COUNT=1024),
Region nvarchar (15) NOT NULL INDEX IX_Region HASH(Region) WITH (BUCKET_COUNT=1024),
PostalCode nvarchar (10) NOT NULL INDEX IX_PostalCode HASH(PostalCode) WITH (BUCKET_COUNT=100000),
Country nvarchar (15) NOT NULL ,
Phone nvarchar (24) NOT NULL ,
Fax nvarchar (24) NOT NULL
) WITH (MEMORY_OPTIMIZED=ON)

•

Native procedure
CREATE PROC InsertCustomers (@CustomerID nchar(5),@CompanyName nvarchar(40),
@ContactName nvarchar(30),@ContactTitle nvarchar(30), @Address nvarchar(60),
@Ville nvarchar(15),@Region nvarchar(15),@PostalCode nvarchar(10),
@Country nvarchar(15),@Phone nvarchar(24),@Fax nvarchar(24))
WITH NATIVE_COMPILATION, SCHEMABINDING, execute as owner as
BEGIN ATOMIC WITH (TRANSACTION ISOLATION LEVEL = SNAPSHOT, language = 'english')
INSERT INTO [dbo].[Customers] VALUES(@CustomerID,@CompanyName,@ContactName,@ContactTitle,@Address,
@Ville,@Region,@PostalCode,@Country,@Phone,@Fax);
END

#mstechdays


Mythe #5
• Comme les tables sont en mémoire, les
données ne sont pas durables ou disponibles
pour la haute dispo. Tout est perdu après un
crash
Le In-Memory OLTP est compatible avec les composants
HA, incluant AlwaysOn
Les données sont résidentes sur disque, et survivent à un
crash.
On peut aussi travailler avec des tables volatiles
#mstechdays

Concurrence d’accès

#mstechdays


Hash Indexes
Hash index with (bucket_count=8):
Hash mapping:

f(Jean)
Array of
8-byte
Memory
pointers

#mstechdays

f(Jules)
f(Laura)

0
1
2
3
4
5
6
7

f(Paris)
f(Toulon), f(Nice)


Fonction de hashing f:
• Mape les valeurs aux buckets
• Dans le système

Hash
Collisions

Memory Optimized Tables et Indexes
Timestamps
Hash index
Nom

f(Jean)

50, ∞

Pointeurs

Nom

Ville
Hash index
Ville

Jean

Paris
f(Paris)

f(Laura)
f(Toulon)

90, ∞

#mstechdays

Laura

Toulon


Timestamps
Hash index
Nom

f(Jules)

Pointeurs

50, ∞

Nom

Ville
Hash index
Ville

Jean

Paris

f(Paris)

100, ∞

Jules

Paris

90, ∞

Laura

Toulon

T100: INSERT (Jules, Paris)
#mstechdays


Timestamps
Hash index
Nom

Pointeurs

50, ∞

Nom

Ville
Hash index
Ville

Jean

Paris

100, ∞

Jules

Paris

90, ∞
90, 150

Laura

Toulon

T150: DELETE (Laura, Toulon)
#mstechdays


Timestamps
Hash index
Nom

f(Jules)

Pointeurs

50, ∞
100, ∞
100, 200

Nom

Ville
Hash index
Ville

Jean

Jules

Paris

Paris
f(Nice)

200, ∞

90, 150

Jules

Laura

Nice

Toulon

T200: UPDATE (Jules, Paris) to (Jules, Nice)
#mstechdays


Timestamps
Hash index
Nom

f(Jean)
f(Jules)

Pointeurs

50, ∞

Nom

Ville
Hash index
Ville

Jean

Paris

f(Paris)
100, 200

Jules

Paris
f(Nice)

200, ∞

90, 150

Jules

Laura

Nice

Toulon

T250: Garbage collection
#mstechdays


BEGIN

AMR
• Analysis, Migrate and Report
Tool
• Configure Management Data
Warehouse,
• Configure Data Collection, and
run AMR Reports to identify
performance hotspots

Establish System
Performance Baseline

Run workload

Is MDW Set up?

Run AMR Reports

Configure Management
Data Warehouse

Migrate

Configure Data
Collection

Run Workload and
collect performance
metrics

Compare to Baseline
and set as new baseline

COMPLETE

#mstechdays


AMR Report
• Table Analysis
• Usage Analysis
• Contention
analysis
• Store Procedure
Analysis
• Usage Analysis

#mstechdays


Limitations dans SQL 2014 (V1)
• Optimisation pour l’OLTP
– No DML triggers
– No XML and no CLR data types

• Optimisation in-memory
– Rows are at most 8060 bytes – no off row data
– No Large Object (LOB) types like varchar(max)

• Limitations de schéma
– No FOREIGN KEY and no CHECK constraints
– No IDENTITY
– No schema changes (ALTER TABLE) – need to drop/recreate
table
– No add/remove index – need to drop/recreate table
#mstechdays


Hekaton en bref
•

Un ajout au moteur SQL pour l’OLTP, optimisé pour une gestion en mémoire
– Support des propriétés ACID
– Le but de la V1 est spécifiquement orienté vers l’OLTP

•

Complètement intégré au moteur SQL Server
– Un avantage sur nos compétiteurs
– Une approche Hybride entre le In-memory et le traditionnel

•

Obtenir de la performance en éliminant le plus possible d’instruction
– Des indexes optimisés en mémoire
• Dissocié de la structure disque. Pas de B+tree, ni de buffer pool
– Plus de mécanisme de locks & latches
• Gestion de concurrence optimiste,
– L’optimisation faite lors de la compilation
• T-SQL compilé en code natif C

#mstechdays


DEMO HEKATON

#mstechdays


CONCLUSION

#mstechdays


Ressources
Sessions Data Insights pour les professionnels de l’IT
http://aka.ms/itprosql
Sessions Data Insights pour les décideurs informatiques
http://aka.ms/itdmsql
Business Accelerator, un programme sur mesure pour les éditeurs de logiciel
http://aka.ms/isvbusacc
Un client prêt à témoigner ? Une belle histoire à partager ? Un Nokia Lumia à
gagner !
http://aka.ms/cloudosref
#mstechdays


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