¿Qué es la arquitectura de Azure Synapse SQL?

En este artículo se describen los componentes de la arquitectura de SQL de Synapse. También explica cómo Azure Synapse SQL combina las funcionalidades de procesamiento de consultas distribuidas con Azure Storage para lograr alto rendimiento y escalabilidad.

Componentes de la arquitectura de SQL de Synapse

Synapse SQL usa una arquitectura de escalabilidad horizontal para distribuir el procesamiento de cálculo de datos entre varios nodos. Como el proceso está separado del almacenamiento, se puede escalar con independencia de los datos del sistema.

En el caso de un grupo de SQL dedicado, la unidad de escalado es una abstracción de la eficacia de proceso que se conoce como unidad de almacenamiento de datos.

En el caso de un grupo de SQL sin servidor, al ser sin servidor, el escalado se realiza automáticamente para adaptarse a los requisitos de los recursos de consulta. A medida que la topología cambia con el tiempo al agregar o quitar nodos o conmutaciones por error, se adapta a los cambios y se asegura de que la consulta tenga suficientes recursos y finalice correctamente. Por ejemplo, en la imagen siguiente se muestra un grupo de SQL sin servidor que utiliza cuatro nodos de proceso para ejecutar una consulta.

SQL de Synapse usa una arquitectura basada en nodos. Las aplicaciones se conectan y emiten comandos de T-SQL a un nodo de control, que es el único punto de entrada de SQL de Synapse.

El nodo de control de Azure Synapse SQL utiliza un motor de consultas distribuidas para optimizar las consultas para el procesamiento en paralelo y, después, pasa las operaciones a los nodos de ejecución para hacer su trabajo en paralelo.

El nodo de control del grupo de SQL sin servidor utiliza el motor de procesamiento de consultas distribuidas (DQP) para optimizar y orquestar la ejecución distribuida de consultas de usuario, para lo cual se dividen en consultas más pequeñas que se ejecutarán en nodos de proceso. Cada consulta pequeña se denomina "tarea", que representa una unidad de ejecución distribuida. Se leen los archivos del almacenamiento, se combinan los resultados de otras tareas, se agrupan u ordenan los datos recuperados de otras tareas.

Los nodos de ejecución almacenan todos los datos del usuario en Azure Storage y ejecutan las consultas en paralelo. El servicio de movimiento de datos (DMS) es un servicio interno de nivel de sistema que mueve datos entre los nodos según sea necesario para ejecutar consultas en paralelo y devolver resultados precisos.

Con un almacenamiento y proceso desacoplados, cuando se usa SQL de Synapse, es posible aprovechar un tamaño independiente de la capacidad de proceso, más allá de sus necesidades de almacenamiento. Con el grupo de SQL sin servidor, el escalado se realiza automáticamente, mientras que con el grupo de SQL dedicado se puede:

• Aumentar o reducir la capacidad de proceso en un grupo de SQL dedicado, sin mover los datos.
• Pausar la capacidad de proceso mientras se dejan los datos intactos, por lo que solo paga por el almacenamiento.
• Reanudar la capacidad de proceso durante las horas operativas.

Azure Storage

Synapse SQL usa Azure Storage para proteger los datos del usuario. Puesto que los datos se almacenan y administran en Azure Storage, el consumo de almacenamiento se cobra aparte.

El grupo de SQL sin servidor permite consultar los archivos de Data Lake, mientras que el grupo de SQL dedicado permite consultar e ingerir datos de los archivos de Data Lake. Cuando se ingieren datos en el grupo de SQL dedicado, los datos se particionan en distribuciones para optimizar el rendimiento del sistema. Puede elegir qué modelo de particionamiento quiere usar para distribuir los datos cuando define la tabla. Se admiten estos patrones de particionamiento:

• Hash
• Round Robin
• Replicar

Nodo de control

El nodo de control es el cerebro de la arquitectura. Es el front-end que interactúa con todas las aplicaciones y conexiones.

En Synapse SQL, el motor de consultas distribuidas se ejecuta en el nodo de control para optimizar y coordinar las consultas en paralelo. Al enviar una consulta T-SQL a un grupo de SQL dedicado, el nodo de control la transforma en consultas que se ejecutan en cada distribución en paralelo.

En el grupo de SQL sin servidor, el motor de DQP se ejecuta en el nodo de control para optimizar y coordinar la ejecución distribuida de consultas de usuario, para lo cual se dividen en consultas más pequeñas que se ejecutarán en nodos de proceso. También asigna conjuntos de archivos para que cada nodo los procese.

Nodos de proceso

Los nodos de proceso proporcionan la eficacia de cálculo.

En un grupo de SQL dedicado, las distribuciones se asignan a nodos de proceso para su procesamiento. Al pagar por más recursos de proceso, el grupo reasigna las distribuciones a los nodos de ejecución disponibles. El número de nodos de proceso va de 1 a 60, y viene determinado por el nivel de servicio del grupo de SQL dedicado. Cada nodo de cálculo tiene un identificador de nodo que está visible en las vistas del sistema. Para ver el identificador del nodo de ejecución, busque la columna node_id en las vistas del sistema cuyos nombres comiencen por sys.pdw_nodes. Para obtener una lista de las vistas del sistema, consulte el artículo sobre las vistas del sistema de Synapse SQL.

En el grupo de SQL sin servidor, a cada nodo de proceso se le asigna una tarea y un conjunto de archivos en los que se ejecutará esta. La tarea es una unidad de ejecución de consulta distribuida que, en realidad, es parte de la consulta enviada por el usuario. El escalado automático está en vigor para asegurarse de que se utilicen suficientes nodos de ejecución para ejecutar la consulta del usuario.

Servicio de movimiento de datos

El servicio de movimiento de datos (DMS) es la tecnología de transporte de datos del grupo de SQL dedicado, que coordina el movimiento de los datos entre los nodos de proceso. Algunas consultas requieren el movimiento de datos para asegurarse de que las consultas paralelas devuelven resultados precisos. Cuando un movimiento de datos es necesario, DMS asegura que los datos adecuados llegan a la ubicación adecuada.

Distribuciones

Una distribución es la unidad básica de almacenamiento y procesamiento de consultas en paralelo que se ejecutan en datos distribuidos en el grupo de SQL dedicado. Cuando el grupo de SQL dedicado ejecuta una consulta, el trabajo se divide en 60 consultas más pequeñas que se ejecutan en paralelo.

Cada una de estas 60 consultas más pequeñas se ejecuta en una de las distribuciones de datos. Cada nodo de ejecución administra una o más de las 60 distribuciones. Un grupo de SQL dedicado con recursos de proceso máximos tiene una distribución por nodo de proceso. Un grupo de SQL dedicado con recursos de proceso mínimos tiene todas las distribuciones en un nodo de proceso.

Tablas distribuidas mediante una función hash

Una tabla con distribución por hash puede ofrecer el máximo rendimiento de consultas para combinaciones y agregaciones en tablas grandes.

Para particionar los datos en una tabla con distribución por hash, un grupo de SQL dedicado emplea una función hash para asignar de una manera determinista cada fila a una distribución. En la definición de tabla, una de las columnas se designa como columna de distribución. La función hash usa el valor de la columna de distribución para asignar cada fila a una distribución.

El siguiente diagrama muestra cómo se almacena una tabla completa (no distribuida) como una tabla distribuida mediante una función hash.

• Cada fila pertenece a una distribución.
• Un algoritmo hash determinista asigna cada fila a una distribución.
• El número de filas de la tabla por cada distribución varía, lo que se hace patente en los diferentes tamaños de tablas.

Es preciso tener en cuenta consideraciones de rendimiento al seleccionar una columna de distribución, tales como la diferenciación, la asimetría de datos o los tipos de consultas que se ejecutan en el sistema.

Tablas distribuidas con el método round robin

Una tabla round robin es la tabla más sencilla de crear y ofrece un rendimiento rápido cuando se usa como tabla de almacenamiento provisional para las cargas.

Una tabla distribuida con el método round robin distribuye los datos uniformemente en la tabla, pero sin ninguna optimización adicional. Una distribución se elige primero de manera aleatoria y, después, los búferes de filas se asignan a las distribuciones secuencialmente. Es rápido cargar datos en una tabla round robin, pero el rendimiento de las consultas puede mejorar con tablas con distribución por hash. Las combinaciones de tablas round robin requieren reconstruir los datos, y esto requiere tiempo adicional.

Tablas replicadas

Una tabla replicada proporciona el rendimiento de consultas más rápido para tablas pequeñas.

Una tabla que se replica tiene una copia completa de la tabla almacenada en la caché de cada nodo de proceso. Por lo tanto, al replicar una tabla se elimina la necesidad de transferir datos entre nodos de proceso antes de una combinación o agregación. Las tablas replicadas se usan mejor con tablas pequeñas. Se requiere almacenamiento adicional y hay sobrecargas adicionales que se producen al escribir datos que hacen que las tablas grandes sean poco prácticas.

En el diagrama siguiente se muestra una tabla replicada que se almacena en caché en la primera distribución de cada nodo de proceso.

Contenido relacionado

Ahora que sabe un poco sobre Synapse SQL, aprenda a crear un grupo de SQL dedicado rápidamente y a cargar los datos de ejemplo. O bien, puede empezar por usar un grupo de SQL sin servidor. Si no está familiarizado con Azure, el Glosario de Azure le puede resultar útil para consultar la nueva terminología que se encuentre.