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Evitando fragmentação através de (re)modelagem

Depois de algum tempo longe do meu blog, estou voltando a ativa. Como diariamente passo por algumas situações interessantes nos clientes, passei a anotar aquelas que dariam bons artigos. Tomara que eu acerte nas escolhas!

Chega de conversa e vamos para o que importa... SQL SERVER!

Muitos DBAs possuem um conjunto de boas práticas que costumam aplicar nos servidores que gerenciam, e uma delas é a reindexação semanal ou mensal das tabelas nos bancos de dados mais críticos. Quando o caso de uma tabela específica é muito crítico, surge a necessidade de se fazer uma reindexação diária ou até mesmo diversas vezes ao dia.

E se a tabela é muito grande e sua janela de manutenção não comporta a reindexação? Ou então sua aplicação deve funcionar 24x7 e a reindexação não pode ser feita? (deixamos de lado a possibilidade de reindexação online do SQL Server 2005).

** Se isso acontecer, você sai do furacão diário, senta em um canto calmo, reflete um pouco e arruma uma maneira de evitar a fragmentação! **

O seguinte cenário é a simplificação de um problema real.

Imagine um banco (banco de verdade, pense em Banco do Brasil, Bradesco, Itaú, etc.) que armazena em uma tabela o valor atual dos saldos de todos os seus clientes. Juntamente com o saldo está a data na qual aquele valor era válido, então existirá mais de uma entrada por cliente na tabela.

O script abaixo cria a tabela e insere o saldo atual de 10.000 clientes.

/*

                1) Cria a tabela SaldoConta com chave primária e um índice não clusterizado

*/

if exists(select [name] from sysobjects where xtype = 'U' and [name] = 'SaldoConta')

                DROP TABLE SaldoConta

CREATE TABLE SaldoConta (

CodigoCliente INT NOT NULL,

DataSaldo DATETIME NOT NULL,

SaldoAtual MONEY NOT NULL,

NomeBanco CHAR(100) NOT NULL,

OutraInformacao CHAR(100) NULL

)

go

ALTER TABLE SaldoConta

ADD CONSTRAINT PK_SaldoConta

PRIMARY KEY (CodigoCliente, DataSaldo)

go

CREATE NONCLUSTERED INDEX idx_DataSaldo

ON SaldoConta (DataSaldo)

go

/*

                2) Insere 10.000 clientes com diferentes saldos diferentes.

*/

DECLARE @Cont INT

SET @Cont = 1

WHILE @Cont < 10000

BEGIN

                INSERT INTO SaldoConta VALUES (@Cont, '20070131', ((RAND() * 1000) * DATEPART(ss, GETDATE())), 'Qualquer um', 'SQL Server 2005')

                SET @Cont = @Cont + 1

END

go

 

Se verificarmos a fragmentação da tabela...

/*

                3) Verifica a fragmentação

*/

DBCC SHOWCONTIG(SaldoConta, PK_SaldoConta)

go

/*

                Ótimo resultado

DBCC SHOWCONTIG scanning 'SaldoConta' table...

Table: 'SaldoConta' (1977058079); index ID: 1, database ID: 9

TABLE level scan performed.

- Pages Scanned................................: 286

- Extents Scanned..............................: 37

- Extent Switches..............................: 36

- Avg. Pages per Extent........................: 7.7

- Scan Density [Best Count:Actual Count].......: 97.30% [36:37]

- Logical Scan Fragmentation ..................: 0.00%

- Extent Scan Fragmentation ...................: 2.70%

- Avg. Bytes Free per Page.....................: 89.8

- Avg. Page Density (full).....................: 98.89%

DBCC execution completed. If DBCC printed error messages, contact your system administrator.

*/

Até aqui tudo certinho, porém diariamente todo mundo movimenta dinheiro e quando a consolidação é feita, novos registros são inseridos, cada um contendo o saldo inicial do próximo dia. Vale notar que a tabela não sofre alterações durante o horário comercial e tudo é processado durante a noite.

Script para simular o processamento noturno e resultado de fragmentação:

/*

                4) Processamento diário e fragmentação

*/

DECLARE @SaldoAtual MONEY

DECLARE @Cont INT

SET @Cont = 1

WHILE @Cont < 10000

BEGIN

                SELECT @SaldoAtual = SaldoAtual FROM SaldoConta WHERE CodigoCliente = @Cont

                -- Esse meu banco é massa, o dinheiro somente aumenta nas contas...

                INSERT INTO SaldoConta VALUES (@Cont, '20070201', @SaldoAtual + ((RAND() * 10) * DATEPART(ss, GETDATE())), 'BANCO DO LUTI - Só o BB mesmo para fazer isso...', 'Keep walking')

                SET @Cont = @Cont + 1

END

go

DBCC SHOWCONTIG(SaldoConta, PK_SaldoConta)

go

/*

DBCC SHOWCONTIG scanning 'SaldoConta' table...

Table: 'SaldoConta' (1977058079); index ID: 1, database ID: 9

TABLE level scan performed.

- Pages Scanned................................: 857

- Extents Scanned..............................: 109

- Extent Switches..............................: 596

- Avg. Pages per Extent........................: 7.9

- Scan Density [Best Count:Actual Count].......: 18.09% [108:597]

- Logical Scan Fragmentation ..................: 33.37%

- Extent Scan Fragmentation ...................: 2.75%

- Avg. Bytes Free per Page.....................: 2752.3

- Avg. Page Density (full).....................: 66.00%

DBCC execution completed. If DBCC printed error messages, contact your system administrator.

*/

Aqui a tabela está fragmentada e o cliente, após o processamento, executava um DBCC REINDEX para diminuir a fragmentação.

/*

                5) Para corrigir o problema de fragmentaçao

*/

DBCC DBREINDEX('Inside.dbo.SaldoConta', 'PK_SaldoConta')

go

DBCC SHOWCONTIG(SaldoConta, PK_SaldoConta)

go

/*

DBCC SHOWCONTIG scanning 'SaldoConta' table...

Table: 'SaldoConta' (1977058079); index ID: 1, database ID: 9

TABLE level scan performed.

- Pages Scanned................................: 572

- Extents Scanned..............................: 72

- Extent Switches..............................: 71

- Avg. Pages per Extent........................: 7.9

- Scan Density [Best Count:Actual Count].......: 100.00% [72:72]

- Logical Scan Fragmentation ..................: 0.17%

- Extent Scan Fragmentation ...................: 1.39%

- Avg. Bytes Free per Page.....................: 89.8

- Avg. Page Density (full).....................: 98.89%

DBCC execution completed. If DBCC printed error messages, contact your system administrator.

*/

E se ao invés de corrigirmos a fragmentação através do DBCC REINDEX fosse possível evitá-la? Neste caso ganharíamos parte do tempo gasto para reorganizar os dados nas páginas.

Uma maneira de atingirmos nosso objetivo nesse cenário é:

1) Recrie o índice cluster trocando a ordem das colunas (DataSaldo e CodigoCliente)

2) Crie o índice não cluster no campo CodigoCliente, para continuar suportando consultas baseadas no código do cliente.

Dessa forma matamos o problema que estava causando a fragmentação (inserção de registros no meio da tabela devido ao código do cliente) e garantimos que tudo será inserido na devida ordem e no fim da tabela, ordenado pela data e código do cliente (crescente). Nesse caso o procedimento real de consolidação deveria processar os clientes de forma ordenada, baseado no seu código.

Vale lembrar que esse comportamento acontece devido à característica do índice cluster em manter os dados ordenados no seu nível folha de acordo com as colunas que compõe sua chave.

Agora re-execute os passos anteriores com uma diferente organização dos índices.

/*

                6) Evitando fragmentação ao invés de remediá-la

*/

if exists(select [name] from sysobjects where xtype = 'U' and [name] = 'SaldoConta')

                DROP TABLE SaldoConta

CREATE TABLE SaldoConta (

CodigoCliente INT NOT NULL,

DataSaldo DATETIME NOT NULL,

SaldoAtual MONEY NOT NULL,

NomeBanco CHAR(100) NOT NULL,

OutraInformacao CHAR(100) NULL

)

go

/*

                7) Organizando os índices e inserindo os dados

*/

ALTER TABLE SaldoConta

ADD CONSTRAINT PK_SaldoConta

PRIMARY KEY (DataSaldo, CodigoCliente)

go

-- Crie o índice não clusterizado na segunda coluna do índice cluster, para continuar suportando pesquisas no campo CodigoCliente

CREATE NONCLUSTERED INDEX idx_DataSaldo

ON SaldoConta (DataSaldo)

go

DECLARE @Cont INT

SET @Cont = 1

WHILE @Cont < 10000

BEGIN

                INSERT INTO SaldoConta VALUES (@Cont, '20070131', ((RAND() * 1000) * DATEPART(ss, GETDATE())), 'Qualquer um', 'SQL Server 2005')

                SET @Cont = @Cont + 1

END

go

/*

                8) Neste momento a fragmentação é igual a obtida com a outra estrutura de índices

*/

DBCC SHOWCONTIG(SaldoConta, PK_SaldoConta)

go

/*

DBCC SHOWCONTIG scanning 'SaldoConta' table...

Table: 'SaldoConta' (2057058364); index ID: 1, database ID: 9

TABLE level scan performed.

- Pages Scanned................................: 286

- Extents Scanned..............................: 38

- Extent Switches..............................: 37

- Avg. Pages per Extent........................: 7.5

- Scan Density [Best Count:Actual Count].......: 94.74% [36:38]

- Logical Scan Fragmentation ..................: 0.35%

- Extent Scan Fragmentation ...................: 10.53%

- Avg. Bytes Free per Page.....................: 89.8

- Avg. Page Density (full).....................: 98.89%

DBCC execution completed. If DBCC printed error messages, contact your system administrator.

*/

/*

                9) Executa o processamento diário

*/

DECLARE @SaldoAtual MONEY

DECLARE @Cont INT

SET @Cont = 1

WHILE @Cont < 10000

BEGIN

                SELECT @SaldoAtual = SaldoAtual FROM SaldoConta WHERE CodigoCliente = @Cont

                -- Esse meu banco é massa, o dinheiro somente aumenta nas contas...

                INSERT INTO SaldoConta VALUES (@Cont, '20070201', @SaldoAtual + ((RAND() * 10) * DATEPART(ss, GETDATE())), 'BANCO DO LUTI - Só o BB mesmo para fazer isso...', 'Keep walking')

                SET @Cont = @Cont + 1

END

go

 

Após o processamento feito com a nova organização dos índices, conseguimos manter a tabela bem organizada, veja abaixo:

DBCC SHOWCONTIG(SaldoConta, PK_SaldoConta)

go

/*

DBCC SHOWCONTIG scanning 'SaldoConta' table...

Table: 'SaldoConta' (2057058364); index ID: 1, database ID: 9

TABLE level scan performed.

- Pages Scanned................................: 572

- Extents Scanned..............................: 74

- Extent Switches..............................: 73

- Avg. Pages per Extent........................: 7.7

- Scan Density [Best Count:Actual Count].......: 97.30% [72:74]

- Logical Scan Fragmentation ..................: 0.17%

- Extent Scan Fragmentation ...................: 8.11%

- Avg. Bytes Free per Page.....................: 89.8

- Avg. Page Density (full).....................: 98.89%

DBCC execution completed. If DBCC printed error messages, contact your system administrator.

*/

A meu ver, a alteração trás os seguintes benefícios:

1 – Pesquisas por intervalos de datas, exemplos: total de dinheiro acumulado em todas as contas correntes do banco para um determinado dia. Ou então, variação do total acumulado entre dois dias específicos.

2 – As consultas por código do cliente continuam rápidas, pois o índice não-cluster acha diretamente o cliente em questão. Não imagino muitos cenários onde o código do cliente possa ser útil em range scans.

3 – Não é necessário mais executar o DBCC REINDEX ao fim do processamento e, talvez (não cheguei a verificar) o tempo para o processamento diminua porque não serão necessários page splits para inserir os dados.

Quando estamos falando de 10.000 registros, o custo de reindexação não é nada, mas vamos imaginar um banco com 2.000.000 clientes:

- A cada mês a tabela cresceria 60.000.000 de registros (30 dias).

- Suponhamos que um registro ocupe em média 100 bytes.

- Por página teremos 80 registros.

- Tamanho da tabela em um mês: 750.000 páginas x 8.192 Bytes = 6.144.000.000 Bytes = +/- 6 GB.

Para finalizar, faça o teste e reindexe 6 GB. J

Espero que o artigo tenha sido interessante, ele demonstra como podemos resolver problemas do cotidiano usando um pouco de criatividade.

Em anexo está um script com todos os passos descritos pelo artigo.

[]s

Luti

Luciano.moreira@microsoft.com

AvoidingFragmentation_01.sql

Comments

  • Anonymous
    February 08, 2007
    The comment has been removed

  • Anonymous
    February 11, 2007
    Oi Nilton, eu realmente errei no script (CTRL+C, CTRL+V :-)). O certo seria: CREATE NONCLUSTERED INDEX idx_CodigoCliente ON SaldoConta (CodigoCliente) go Muito brigado. Abraços!

  • Anonymous
    March 03, 2007
    Luti, partindo da sua explicação, seria correto dizer que se a modelagem for feita utlizando surrogate keys no indce cluster, unique indexes nos campos chaves e nonclustered index nos campos de consulta a necessidade de reindex também seria minima ou quase nula ?.Pergunto isso, pois vc trocou a ordem das colunas no indice cluster, fazendo as linhas sempre serem inseridas no final então se for trabalhado com campos indentitys no indice cluster nas tabelas seria a saida ?.. Obrigado !!!!