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FILESTREAM (SQL Server)

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适用于 SQL Server - 仅限 Windows

借助 FILESTREAM，基于 SQL Server 的应用程序可以将非结构化的数据（如文档和图像）存储在文件系统中。 应用程序不仅可利用丰富的流式 API 和文件系统的性能，同时还可保持非结构化数据和对应的结构化数据之间的事务一致性。

FILESTREAM 通过将 varbinary(max) 二进制大型对象 (BLOB) 数据作为文件存储在 NTFS 或 ReFS 文件系统中，从而将 SQL Server 数据库引擎与该文件系统集成在一起。 Transact-SQL 语句可插入、更新、查询、搜索和备份 FILESTREAM 数据。 Win32 文件系统接口提供对数据的流访问权限。

FILESTREAM 使用 NT 系统缓存来缓存文件数据。 通过在系统缓存中缓存文件，有助于减少 FILESTREAM 数据可能对数据库引擎性能产生的任何影响。 由于没有使用 SQL Server 缓冲池，因此该内存可用于查询处理。

在安装或升级 SQL Server 时，并不会自动启用 FILESTREAM。 必须使用 SQL Server 配置管理器和 SQL Server Management Studio 来启用 FILESTREAM。 若要使用 FILESTREAM，您必须创建或修改数据库以包含一个特殊类型的文件组。 然后，创建或修改某个表，以使其包含一个具有 FILESTREAM 属性的 varbinary(max) 列。 在完成这些任务后，可以使用 Transact-SQL 和 Win32 来管理 FILESTREAM 数据。

何时使用 FILESTREAM

在 SQL Server 中，BLOB 可以是将数据存储在表中的标准 varbinary(max) 数据，也可以是将数据存储在文件系统中的 FILESTREAM varbinary(max) 对象。 数据的大小和应用情况决定您应该使用数据库存储还是文件系统存储。 如果满足以下条件，则应考虑使用 FILESTREAM：

  • 所存储的对象平均大于 1 MB。
  • 快速读取访问很重要。
  • 你在开发使用中间层作为应用程序逻辑的应用程序。

对于较小的对象，将 varbinary(max) BLOB 存储在数据库中通常会提供更为优异的流性能。

FILESTREAM 存储

FILESTREAM 存储以 varbinary(max) 列的形式实现，在该列中数据以 BLOB 的形式存储在文件系统中。 BLOB 的大小仅受文件系统容量大小的限制。 文件大小为 2 GB 的 varbinary(max) 标准限制不适用于存储在文件系统中的 BLOB。

若要指定列应将数据存储在文件系统中，请对 varbinary(max) 列指定 FILESTREAM 属性。 此属性将导致数据库引擎将该列的所有数据存储在文件系统中，而不是数据库文件中。

FILESTREAM 数据必须存储在 FILESTREAM 文件组中。 FILESTREAM 文件组是包含文件系统目录而非文件本身的专用文件组。 这些文件系统目录称为“数据容器” 。 数据容器是数据库引擎存储与文件系统存储之间的接口。

使用 FILESTREAM 存储时，请考虑以下内容：

  • 如果表包含 FILESTREAM 列，则每一行都必须具有唯一的非 Null 行 ID。
  • 可以将多个数据容器添加到 FILESTREAM 文件组。
  • 不能嵌套 FILESTREAM 数据容器。
  • 使用故障转移群集时，FILESTREAM 文件组必须位于共享磁盘资源上。
  • FILESTREAM 文件组可位于压缩卷上。

集成管理

由于 FILESTREAM 作为 varbinary(max) 列实现并直接集成到数据库引擎中，因此绝大多数 SQL Server 管理工具和函数在使用过程中不会修改 FILESTREAM 数据。 例如，您可以对 FILESTREAM 数据使用所有备份模式和恢复模式，并且 FILESTREAM 数据是与数据库中的结构化数据一起进行备份的。 如果不想将 FILESTREAM 数据与关系数据一起备份，则可以使用部分备份将 FILESTREAM 文件组排除在外。

集成安全性

在 SQL Server 中，保护 FILESTREAM 数据的方式与其他数据相同，即通过在表级或列级授予权限。 如果用户具有访问表中 FILESTREAM 列的权限，则用户可打开关联文件。

注意

FILESTREAM 数据不支持加密。

仅向用于运行 SQL Server 服务帐户的帐户授予访问 FILESTREAM 容器的权限。 建议不对其他帐户授予访问数据容器的权限。

注意

SQL 登录名不能与 FILESTREAM 容器配合工作。 只有 NTFS 或 ReFS 身份验证可与 FILESTREAM 容器配合工作。

使用 Transact-SQL 和文件系统流访问来访问 BLOB 数据

在将数据存储在 FILESTREAM 列中之后，即可通过使用 Transact-SQL 事务或 Win32 API 访问文件。

Transact-SQL 访问

可以使用 Transact-SQL 来插入、更新和删除 FILESTREAM 数据：

  • 您可以使用插入操作用 null 值、空值或相对较短的内联数据预填充 FILESTREAM 字段。 但是，大量数据将以流的方式更有效地导入到使用 Win32 接口的文件中。
  • 更新 FILESTREAM 字段时，即会修改文件系统中的基础 BLOB 数据。 将 FILESTREAM 字段设置为 NULL 即会删除与该字段相关联的 BLOB 数据。 不能使用作为 UPDATE**.**Write() 实现的区块更新来部分更新数据。
  • 当删除行或者删除或截断包含 FILESTREAM 数据的表时，将会删除文件系统中的基础 BLOB 数据。

文件系统流访问

在 SQL Server 事务上下文中支持 Win32 流。 在事务之内，可以使用 FILESTREAM 函数来获取文件的逻辑 UNC 文件系统路径。 接着使用 OpenSqlFilestream API 来获取文件句柄。 然后 Win32 文件流接口（如 ReadFile() 和 WriteFile()）可使用此句柄通过文件系统访问并更新文件。

由于文件操作属于事务操作，因此无法通过文件系统删除或重命名 FILESTREAM 文件。

警告

FILESTREAM 容器是由 SQL Server 管理的文件夹。 请勿手动或通过其他应用程序添加或移除 FILESTREAM 文件夹中的文件。 否则将导致备份和不一致错误。 有关详细信息，请参阅 MSSQLSERVER_3056、MSSQLSERVER_7908 和 MSSQLSERVER_7906。

语句模型

FILESTREAM 文件系统访问通过使用文件打开和关闭来构建 Transact-SQL 语句模型。 当打开文件句柄时，语句开始；当关闭句柄时，语句结束。 例如，关闭写句柄时将激发表上注册的任何可能的 AFTER 触发器，如同已经完成 UPDATE 语句。

存储命名空间

在 FILESTREAM 中，数据库引擎控制 BLOB 物理文件系统的命名空间。 PathName是一个新增的内部函数，它提供对应于表中每个 FILESTREAM 单元的 BLOB 的逻辑 UNC 路径。 应用程序使用此逻辑路径来获取 Win32 句柄并通过使用常见的 Win32 文件系统接口对 BLOB 数据进行操作。 如果 FILESTREAM 列的值为 NULL，则此函数将返回 NULL。

事务文件系统访问

GET_FILESTREAM_TRANSACTION_CONTEXT()是一个新增的内部函数，它提供表示与会话相关联的当前事务的标记。 事务必须已启动，且仍未被中止或提交。 通过获取标记，应用程序将 FILESTREAM 文件系统流操作与已启动的事务绑定在一起。 在没有显式启动的事务的情况下，此函数将返回 NULL。

在提交或中止事务之前必须关闭所有文件句柄。 如果在事务范围之外仍有句柄处于打开状态，则对句柄执行的其他读取会失败，对句柄执行的其他写入会成功，但实际数据不会写入磁盘中。 与此类似，如果数据库或数据库引擎实例关闭，则所有处于打开状态的句柄均无效。

事务持续性

通过使用 FILESTREAM，数据库引擎可在事务提交后确保通过文件系统流访问进行修改的 FILESTREAM BLOB 数据的事务持久性。

隔离语义

隔离语义由数据库引擎事务隔离级别决定。 Transact-SQL 和文件系统访问支持已提交的读隔离级别。 支持重复的读取操作以及可序列化隔离和快照隔离级别。 不支持脏读。

文件系统访问的打开操作不等待任何锁。 与此相反，如果打开操作因为事务隔离而无法访问数据，则打开操作将立即失败。 如果由于隔离冲突而无法继续执行打开操作，则流 API 调用将失败并返回 ERROR_SHARING_VIOLATION 错误。

为了允许执行部分更新，应用程序可发出一个设备 FS 控制 (FSCTL_SQL_FILESTREAM_FETCH_OLD_CONTENT) 以将旧内容提取到处于打开状态的句柄所引用的文件中。 这会触发服务器端的旧内容复制操作。 为提升应用程序性能并在处理超大型文件时避免发生潜在的超时问题，建议您使用异步 I/O。

如果在写入句柄之后发出 FSCTL，则将保持最后一个写入操作并丢失之前对句柄执行的写入操作。

文件系统 API 和支持的隔离级别

当文件系统 API 由于隔离冲突而无法打开文件时，将返回 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。 两个事务尝试访问同一文件时，将发生此隔离冲突。 访问操作的结果取决于打开该文件的模式和运行事务的 SQL Server 版本。 下表概括了访问同一文件的两个事务的可能结果。

事务 1 事务 2 在 SQL Server 2008 (10.0.x) 上的结果 在 SQL Server 2008 R2 (10.50.x) 及更高版本上的结果
打开以进行读取。 打开以进行读取。 都成功。 都成功。
打开以进行读取。 打开以进行写入。 都成功。 事务 2 下的写入操作不影响在事务 1 中执行的读取操作。 都成功。 事务 2 下的写入操作不影响在事务 1 中执行的读取操作。
打开以进行写入。 打开以进行读取。 事务 2 下的打开失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。 都成功。
打开以进行写入。 打开以进行写入。 事务 2 下的打开失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。 事务 2 下的打开失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。
打开以进行读取。 打开以进行 SELECT。 都成功。 都成功。
打开以进行读取。 打开以进行 UPDATE 或 DELETE。 都成功。 事务 2 下的写入操作不影响在事务 1 中执行的读取操作。 都成功。 事务 2 下的写入操作不影响在事务 1 中执行的读取操作。
打开以进行写入。 打开以进行 SELECT。 事务 2 在事务 1 提交或结束事务前或该事务锁超时前一直阻塞。 都成功。
打开以进行写入。 打开以进行 UPDATE 或 DELETE。 事务 2 在事务 1 提交或结束事务前或该事务锁超时前一直阻塞。 事务 2 在事务 1 提交或结束事务前或该事务锁超时前一直阻塞。
打开以进行 SELECT。 打开以进行读取。 都成功。 都成功。
打开以进行 SELECT。 打开以进行写入。 都成功。 事务 2 下的写入操作不影响事务 1。 都成功。 事务 2 下的写入操作不影响事务 1。
打开以进行 UPDATE 或 DELETE。 打开以进行读取。 事务 2 下的打开操作失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。 都成功。
打开以进行 UPDATE 或 DELETE。 打开以进行写入。 事务 2 下的打开操作失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。 事务 2 下的打开操作失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。
打开以进行可重复读取的 SELECT。 打开以进行读取。 都成功。 都成功。
打开以进行可重复读取的 SELECT。 打开以进行写入。 事务 2 下的打开操作失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。 事务 2 下的打开操作失败，并发生 ERROR_SHARING_VIOLATION 异常。

从远程客户端透写

对 FILESTREAM 数据的远程文件系统访问是通过 Server Message Block (SMB) 协议启用的。 如果客户端为远程客户端，则客户端不对任何写入操作进行缓存。 写入操作将始终发送到服务器。 服务器端可对数据进行缓存。 建议在远程客户端上运行的应用程序将小型写入操作合并为较大的操作。 这样做的目标是减少要执行的写入操作数量。

不支持通过使用 FILESTREAM 句柄创建内存映射视图（内存映射 I/O）。 如果内存映射用于 FILESTREAM 数据，则数据库引擎将无法保证数据的一致性和持续性或数据库的完整性。

有关提升 FILESTREAM 性能的建议和指导

借助 SQL Server FILESTREAM 功能，可将 varbinary(max) 二进制大对象数据以文件的形式存储在文件系统中。 如果你在 FILESTREAM 容器中拥有大量的行，而这些容器是 FILESTREAM 列和 FileTable 的基础存储区，那么你会得到一个文件系统卷，其中包含大量文件。 为了在处理数据库和文件系统中的集成数据时获得最佳性能，必须确保文件系统已得到最佳优化。 下面是从文件系统的角度来说可进行的一些优化：

  • 对 SQL Server FILESTREAM 筛选器驱动程序的高度检查（例如 rsfx0100.sys）。 对于与采用 FILESTREAM 功能存储文件的卷关联的存储堆栈，评估为其加载的所有筛选器驱动程序，并确保 rsfx 驱动程序位于堆栈的底部。 可使用 FLTMC.EXE 控制程序来枚举特定卷的筛选器驱动程序。 FLTMC 实用工具的示例输出如下：C:\Windows\System32>fltMC.exe 筛选器

    筛选器名称 实例数 海拔高度 Frame
    Sftredir 1 406000 0
    MpFilter 9 328000 0
    luafv 1 135000 0
    FileInfo 9 45000 0
    RsFx0103 1 41001.03 0

  • 检查服务器是否对文件禁用了“上次访问时间”属性。 该文件系统属性是在注册表中进行维护的：密钥名称：HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\FileSystem
    名称：NtfsDisableLastAccessUpdate
    类型：REG_DWORD
    值：1

  • 检查服务器是否已禁用 8.3 命名。 该文件系统属性是在注册表中进行维护的：密钥名称：HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\FileSystem
    名称：NtfsDisable8dot3NameCreation
    类型：REG_DWORD
    值：1

  • 检查 FILESTREAM 目录容器是否未启用文件系统加密或文件系统压缩，未加密或未压缩会导致在访问这些文件时产生一定的开销。

  • 从提升的命令提示符处运行 fltmc 实例，并确保没有筛选器驱动程序附加到你尝试还原的卷。

  • 检查 FILESTREAM 目录容器中的文件数是否不超过 300,000 个。 可使用 sys.database_files 目录视图中的信息来确定文件系统的哪些目录在存储 FILESTREAM-related 文件。 可通过使用多个容器来防止出现这种情况。 （有关详细信息，请查看下一项目符号项。）

  • 如果只有一个 FILESTREAM 文件组，则所有数据文件都是在同一文件夹下创建的。 对超大量文件进行文件创建可能会受到大型 NTFS 索引的影响，这也可能会造成碎片化。

    • 有多个文件组通常有助于这种情况（应用程序使用分区或具有多个表，每个表放入其自己的文件组中）。

    • 使用 SQL Server 2012 (11.x) 及更高版本时，一个 FILESTREAM 文件组下可以有多个容器或文件，而且将采用轮循分配方案。 因此，每个目录的 NTFS 文件数会变少。

  • 如果使用存储容器的多个卷，那么由于有多个 FILESTREAM 容器，备份和还原的速度会更快。

    SQL Server 2012 (11.x) 支持每个文件组有多个容器，可使操作变得更简单。 无需使用复杂的分区方案来管理更多数量的文件。

  • 当 SQL 实例中存在大量 FILESTREAM 容器时，启动包含许多 FILESTREAM 容器的数据库可能需要很长时间才能在 FILESTREAM 筛选器驱动程序中完成注册。 将这些容器分散到多个不同的卷中，有助于缩短数据库启动时间。

  • NTFS MFT 可能会被碎片化，这可能会导致性能问题。 MFT 预留大小的确由卷大小而定，因此不确定你是否会遇到这种情况。

    • 可通过 defrag /A /V C: 检查 MFT 碎片化（将 C: 更改为实际的卷名称）。

    • 可使用 fsutil behavior 将 mftzone 设置为 2，预留更多的 MFT 空间。

    • 应从防病毒软件扫描中排除 FILESTREAM 数据文件。

      注意

      Windows Server 2016 会自动启用 Windows Defender。 请确保已将 Windows Defender 配置为排除 Filestream 文件。 如果不这样做，可能会导致备份和还原操作的性能下降。

      有关详细信息，请查看为 Windows Defender 防病毒扫描配置和验证排除项。

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