ESTRATÉGIAS DE OTIMIZAÇÃO NO SGBD MICROSOFT SQL SERVER 2008 R2 IREMAR NUNES DE LIMA 2

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1 ESTRATÉGIAS DE OTIMIZAÇÃO NO SGBD MICROSOFT SQL SERVER 2008 R2 RAMON FELIPE MOREIRA DIAS DE SOUZA 1 IREMAR NUNES DE LIMA 2 Resumo: Este artigo identifica e discute diversas estratégias que podem ser utilizadas para melhorar o desempenho de sistemas de banco de dados no SGBD Microsoft SQL Server 2008R2. Palavras-chave: Banco de Dados, Otimização, SQL Server 2008 R INTRODUÇÃO Hoje existem profissionais da área de Tecnologia da Informação (TI) cada vez mais interessados na área de otimização dos sistemas de informação e, em particular, na melhoria do desempenho dos Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD). São inúmeras as técnicas de otimização disponíveis, sendo necessário que os profissionais de TI como analistas, projetistas e desenvolvedores de sistemas conheçam estas técnicas para 1 Especialista em Banco de Dados e Business Inteligence 2 DBA, mestre em informática e professor do Centro Universitário Newton Paiva

2 2 não gerar projetos de sistemas de banco de dados ineficientes ou que consomem recursos significativos no servidor de banco de dados desnecessariamente. Em particular, gerenciar grandes volumes de dados no SGBD é a tarefa fundamental do DBA (Database Administrator). Garantir a eficiência do banco de dados evita gargalos na aplicação, melhora a qualidade de acesso aos dados e reduz custos com hardware. Segundo Date (2004), o Sistema Gerenciador de Banco de Dados é o software que manipula todos os acessos ao Banco de Dados, e na maioria dos casos, esses SGBD s são instalados, configurados e utilizados com seus valores padrões. Temos que levar em consideração o hardware que estamos utilizando, requisitos de negócio da aplicação e parâmetros no servidor de banco de dados. O ajuste dos parâmetros de configuração é necessário para podermos extrair o melhor desempenho do SGBD. O conhecimento detalhado de ferramentas e módulos do SGBD é muito importante, pois uma degradação acentuada de desempenho em função de ausência de monitoramento pelo DBA pode inviabilizar a execução de operações vitais do negócio da corporação. O DBA, através do monitoramento do SGBD, é capaz de analisar e melhorar o desempenho das transações mais freqüentes no banco, ajustar parâmetros de configuração e identificar contenções críticas no banco de dados. É necessário conhecer as diferentes técnicas de otimização, objeto de estudo deste artigo. 2.0 ESTRATÉGIAS DE OTIMIZAÇÃO A seguir será identificado e em seguida explicado sucintamente, as diferentes estratégias de otimização de um sistema de banco de dados baseado no SQL Server 2008 R2. Muitas das

3 3 estratégias apontadas se aplicam a diferentes SGBDs e outras somente ao SQL Server. Não é objetivo deste artigo aprofundar no detalhamento e aplicação da estratégia. Índices: Indexar corretamente as colunas das tabelas de um banco de dados é a principal forma de melhorar o desempenho de um banco de dados. Em geral, somente esta estratégia resolverá a maioria dos gargalos encontrados num sistema de banco de dados. A recomendação é sempre indexar todas as primarys keys e foreigns keys das tabelas. No SQL Server, as primarys keys das tabelas já são indexadas automaticamente, mas as foreigns keys não. As colunas mais acessadas e usadas nas cláusulas where das consultas mais freqüentes também são candidatas naturais à indexação. Fill Factor - Na criação de um índice avaliar o parâmetro fill factor. Este parâmetro determina qual a porcentagem de uma página de dados deve ser preenchido com o índice e quanto deve ser mantido vazio, reservado para inclusões e alterações. Por exemplo, se utilizarmos fill factor igual a 80%, então o SQL irá apenas preencher 80% de cada pagina com os índices. Tabelas estáticas e tabelas dinâmicas devem ter valores ajustados para este parâmetro. Índices Filtrados - Índices filtrados é um novo recurso do SQL 2008 e seu objetivo é filtrar os dados que serão indexados na cláusula where. Isto permite a indexação parcial de uma tabela grande. Em cenários de busca parcial e freqüente de dados numa tabela é recomendado.

4 4 Reconstrução dos índices Índices podem ficar fragmentados. Crie um job periódico (semanal, por exemplo) para desfragmentação (rebuild) dos índices em horário de menor utilização do sistema. Existem diversas formas para identificar a freqüência com que ocorre a fragmentação: avalie e defina a melhor forma de resolver o problema. Atualização de estatísticas Manter as estatísticas das tabelas e índices atualizados é uma estratégia que ajuda o otimizador do banco de dados a decidir o melhor plano de execução para uma determinada query. Em geral, os bancos de dados como o SQL Server 2008 R2, tem configurado internamente um parâmetro que faz isto de forma automática (auto update statistics), porém existem cenários em que esta opção é insuficiente e até mesmo pode ser um fator de degradação do banco de dados. Recomenda-se que se crie um job (diário, por exemplo) para atualização de estatísticas em horário de menor utilização do sistema. Em particular, sempre depois de processos de expurgo ou de carga de dados é aconselhável atualizar as estatísticas das tabelas envolvidas. Tipos de dados Uma das principais tarefas de um DBA é identificar os tipos de dados correto para cada campo de uma tabela. É importante o DBA conhecer todos os tipos de dados disponíveis e usá-los corretamente nas colunas das tabelas. Projetando bem o seu banco de dados, garantirá uma boa performance, escabilidade e integridade da informação armazenada. No SQL2008, por exemplo, varchar é um tipo de dado onde se especifica o tamanho máximo do campo e a alocação é feita de forma dinâmica, ou seja, os bytes só são efetivamente utilizados à medida que os caracteres são inseridos. Já no tipo char, todos os bytes do tamanho do campo são alocados independentes do tamanho da palavra que é inserida. Por exemplo, se você define um campo varchar(100), mas insere uma palavra de 10

5 5 caracteres, somente os 10 serão alocados no banco. Se for um char(100), sempre serão alocados 100 caracteres para o campo a cada registro inserido, independente do tamanho da palavra. Sendo assim, usar varchar é mais econômico em termos de alocação de espaço comparado ao tipo char. Isso é o motivo do tipo varchar ser largamente utilizado em relação ao char, principalmente para campos de tamanhos maiores. Isso implica também no desempenho do banco de dados, já que ao carregar para a memória os registros do tipo varchar, o volume de dados trabalhado normalmente é bem menor do que seria se o campo fosse char. Constraints As constraints são utilizadas para assegurar integridade dos dados no banco de dados. Se implementarmos uma integridade declarativa, utilizamos constraints e rules para garantir a integridade. Podemos implementar constraints em uma tabela na sua criação ou então posteriormente, utilizando o comando de alter table. O objetivo do uso de constraints é garantir a integridade do banco de dados, e obviamente essa garantia tem um custo que impacta no desempenho do sistema. Por outro lado, um banco de dados íntegro alivia o desempenho do servidor de aplicação ou dos clientes, já que a aplicação não precisa realizar diversas validações que já são garantidas pelo banco de dados. É recomendado a utilização de constraints, já que a integridade é um dos requisitos básicos de um banco de dados, porém o custo de performance na utilização de constraints pode não ser irrelevante. Deve-se avaliar rigosamente o benefício no desempenho ao se desabilitar uma constraint no banco de dados. Normalização Em sistema OLTP (Online Transaction Processing) é recomendado a normalização das tabelas do banco de dados, mas em sistemas OLAP (On-Line Analytical Processing) não. O processo de normalização e desnormalização bem projetado e controlado

6 6 podem ajudar na melhoria do desempenho do banco de dados. Analise as características da aplicação e avalie o processo de normalização e desnormalização. Instruções SQL - Quando possível, crie instruções SQL idênticas, pois no momento da execução da instrução, o banco compila a mesma e a preserva em memória. Na próxima execução, não vai precisar compilar e definir o plano de execução novamente. Uma ótima técnica para fazer isso é utilizar variáveis nas suas instruções ao invés de colocar valores fixos nas consultas. Sempre avalie também o plano de execução da query procurando identificar formas de reescrita otimizada do código SQL e novos índices nas tabelas envolvidas nas querys. Storage O SQL Server possui três estruturas básicas de armazenamento: Dados, Índices e log transaction. Separá-los em storages (discos) independentes é uma boa estratégia uma vez que o SQL Server poderá realizar em paralelo o processo de I/O no banco de dados quando estiver manipulando as diferentes estruturas. Arquitetura RAID - Defina a arquitetura RAID (conjunto redundante de discos independentes) da storage usada para armazenar os datafiles do banco de dados. O RAID utiliza controladoras de disco e arrays de discos para minimizar a perda de dados, em caso de falhas da mídia, além de fornecer melhoria de desempenho nas operações de leitura e escrita. TEMPDB Existe um banco de dados no SQL Server chamado TEMPDB que é muito usado pelo sistema em alguns casos como em processos de ordenação. Existem diversos cenários de

7 7 contenção cuja causa raiz é a não configuração adequada ao negócio deste banco de dados. O melhor tamanho inicial do TEMPDB deve ser avaliado. O tamanho default é 8MB e toda vez que houver uma forte utilização do TEMPDB, ele irá gastar tempo para alocar mais espaço no sistema operacional a fim de gravar os dados temporários das transações. Avalie também a quantidade de datafiles para este banco de dados: a Microsoft recomenda um datafile no TEMPDB para cada processador que existe no servidor. Auto crescimento Assim como o TEMPDB, todos os bancos de dados do SQL Server têm alguns parâmetros de configuração. Um deles é a configuração do tamanho inicial e de quanto ele irá crescer. Ajuste corretamente estes valores para não gerar contenção no banco de dados. Os arquivos de logs dos bancos de dados também devem ter estes parâmetros ajustados corretamente. Rotinas de manutenção: Um bom DBA deve programar diversas rotinas importantes num banco de dados como backups full, backups diferenciais, backups de logs, desfragmentação de índices, atualização de estatísticas, shrink, jobs de carga e expurgo de dados, etc. Estas tarefas consomem diferentes e significativos recursos no banco de dados. Devem ser programadas de forma a não interferirem uma nas outras e no dia a dia do uso do banco de dados. Modelos de recovery - Existem três modelos de recovery (recuperação) no SQL Server: Full, Blk-Logged e Simple. Cada modelo de recuperação deve ser aplicado a uma necessidade

8 8 diferente de negócio e afeta o desempenho do banco de dados. Portanto, avalie configurar corretamente o modelo de recovery de cada banco de dados da instância SQL Server. TOP SQL s - Procure identificar as TOP SQL s (queries consomem significativos recursos de I/O, Memória e CPU.). Elas podem ser encontradas através de consultas nas dynamics views da instância para posterior melhorias. Particionamento de tabelas O particionamento de tabelas permite dividir os dados em várias tabelas. Em tabelas grandes que possuem milhões de registros pode ser uma estratégia eficiente de otimização. Entender o processo e definir corretamente os critérios de particionamento de tabelas e índices é um processo eficiente para melhorias de desempenho no banco de dados. Views indexadas - Views indexadas armazenam os dados em um índice cluster. As consultas nestas views são executadas mais rapidamente. A criação de views indexadas, também chamadas de views materializadas, agiliza as consultas que envolvem várias tabelas com grandes quantidades de registros. Grouping Sets Os Grouping Sets são uma extensão da clausula GROUP BY, que permitem que os usuários definam múltiplos agrupamentos na mesma consulta. Os Grouping Sets produzem um único conjunto de resultados que é equivalente a uma UNION ALL de linhas

9 9 agrupadas de forma diferente, tornando a consulta de agregação e relatórios mais fáceis e rápidos. SET NOCOUNT ON - Utilize o comando SET NOCOUNT ON antes dos comandos dentro das procedures. Esta configuração faz com que o servidor não mostre o número de registro afetado pelos scripts. Isso pode evitar o tráfego de rede extra afetando a performance, principalmente se a procedure é chamada com frequência. Auditoria de Logs - Sempre defina o nível de auditoria de logins mais adequado ao cenário de negócio. Um sugestão é alterar o valor default para Failed Longins Only. Isto reduz drasticamente a necessidade gravação de dados na log da instância Recovery Interval - Alterar o parâmetro do servidor Recovery Interval pode ser uma opção boa em alguns cenários. Se o seu SQL Server é muito ativo, recebendo uma carga enorme de transações é recomendado fazer o ajuste no parâmetro. Network Packet Size - Ajustar o tamanho padrão de pacotes Network Packet Size enviados na rede é um ajuste fino de otimização no banco de dados. O tamanho padrão é de 4096 bytes para cada pacote. Esta configuração pode ser alterada para um valor maior, quando a aplicação trafega com freqüência dados com um grande número de bytes, como, por exemplo, imagens e longos trechos de texto. Aumentando o número de bytes, temos menos pacotes trafegando e assim o tráfego na rede é acelerado.

10 10 Processador - Se tiver mais de uma instância num servidor, considere fazer os ajustes de processador (CPU) que cada instância pode usar. Isto irá evitar que uma instância afete todas as demais em cenários de uso intensivo de processador. Priority Boost - Priority Boost é um parâmetro que define a prioridade dos processos SQL no servidor. Por padrão o valor inicial é 0, mas se alterado para 1, os processos oriundos do SQL terão maior prioridade de execução sobre outros processos no servidor. Avalie a necessidade de fazer o ajuste deste parâmetro. Max Degree Of Parallelism - Max Degree Of Parallelism é um parâmetro para definir o grau de paralelismo das queries SQL. O default é 0 e significa que o paralelismo está ativado e pode usar as CPUs existentes no servidor. Se alterado para 1 o paralelismo é desativado para todas as CPUs. Avalie a necessidade de fazer o ajuste deste parâmetro. Parâmetros de memória Existem alguns parâmetros para ajustes de memória para uma instância SQL Server. Avalie a necessidade de se fazer o ajuste dos seguintes parâmetros: Max Server Memory: Limite superior de memória da instância. Min Server Memory: Limite inferior de memória da instância. Max worker threads: Limite superior de threads.

11 11 Index Create Memory: Total de memória usado em operações de criação de índices. Min Memory per Query: Especifica a quantidade mínima de memória que será alocada para execução de cada query. Monitoração: Monitorar o SGBD é uma ótima estratégia para identificar o problema antes do mesmo ocorrer (pró-atividade). Existem diversas ferramentas no SQL Server para monitoração do desempenho do BD como SQL profiler, performance Studio, performance monitor, tuning advisor, activity monitor e Dynamic Management Views (DMV). Use-as periodicamente procurando pelas queries SQL que mais consomem recursos de I/O, Memória e CPU. Monitore locks: Particularmente, locks (bloqueios) gerados por queries SQL podem causar contenções significativas no banco de dados. Monitore, através do utilitário perfmom, por exemplo, o indicador Locks: Avarage Wait Time (ms). Este indicador mostra quanto tempo em milissegundos um processo esta aguardando para obter lock no SQL Server. O valor ideal para este contador é 0. Se este valor estiver muito alto, utilize ferramentas como o Profile para identificar quais processos estão mantendo locks por um período longo de tempo. Plano de Capacidade - Uma das responsabilidades de um DBA é elaborar periodicamente o Plano de Capacidade (Capacity Plan) do servidor de banco de dados. Este documento deve mostrar a evolução de consumo dos principais recursos no servidor de banco de dados como, espaço de armazenamento, utilização de CPU, consumo de memória, taxa de I/O, banda de

12 12 rede e outros indicadores técnicos que possam impactar no desempenho do banco de dados. Com este documento pode-se acompanhar a evolução histórica dos indicadores no servidor e tomar ações pró-ativas que reduzam os riscos de perda de desempenho na aplicação. 3.0 CONCLUSÃO Um DBA detém a responsabilidade técnica central pelos dados da organização. Ele deve saber quais recursos pode ser utilizado para melhorar o desempenho das consultas de um sistema, a segurança das informações armazenadas, recuperação os dados perdidos em uma data especifica, entre outros problemas no dia-a-dia. Com as técnicas apresentadas é possível automatizar essas obrigações e retirar o máximo de eficiência e eficácia. Uma administração ruim de um SGBD pode causar várias conseqüências. Uma má administração começa na fase de projeto do banco de dados. Uma modelagem conceitual de dados mal construída pode gerar conseqüências desastrosas no banco de dados. Baixo desempenho do banco é outra conseqüência que pode ser decorrente de uma má administração. No entanto, é importante estar atento: nem sempre o baixo desempenho é resultado de algum problema no banco de dados. Outros fatores, como conexões ou configurações de rede, bem como configuração de hardware, podem estar associados ao problema. O ponto chave do problema é a monitoração, que se realizada de forma pró-ativa e preventiva pode evitar incidentes relacionados ao desempenho.

13 13 REFERÊNCIAS BATTIST, Júlio. SQL Server 2005: Administração & Desenvolvimento: Curso Completo. Axcel Books, 2005, 1016p. BLOG DA TI, Tipo de dados SQL Server Disponível em <http://blogdati.com.br/?p=65> CHIGRIK, Alexander. Optimizing SQL Server Performance by using File and Filegroups: Disponível em: <http://www.sqlservercentral.com/articles/performance+tuning/fileoptimtips/443/> DATE, C. J. Introdução a Sistemas de Bancos de Dados. Campus, Rio de Janeiro, DUMLER, Michelle. Microsoft SQL Server 2005: Guia do Produto. Disponível em: <http://download.microsoft.com/download/4/3/7/43798b24-9af d ae367cc/ProductGuide-brz.doc> HIRT, Allan; MCBATH,Frank;TRIPP,Kimberley;COOK,Cathan;MICROSOFT CORP. SQL Server 2000 High Availability. Mircrosoft Press,2003,800p. LINGUAGEM DE BANCO DE DADOS, Tipo de Constraints. Disponível em <http://elderstroparo.blogspot.com/2010/02/tipos-de-constraints.html> MICROSOFT, Comparação de recursos do SQL Server Disponível em <http://www.microsoft.com/brasil/servidores/sql/prodinfo/features/compare-features.mspx>. MICROSOF, Tipo de dados (Transact-SQL). Disponível em <http://msdn.microsoft.com/pt-br/library/ms aspx> PINHEIRO, Nilton. Database Mirroring. Revista SQL Magazine, n.38, p SQL SERVER CONSTRAINTS, SQL Server Constraints. Disponível em <http://marcelo.todoinfo.com.br/sqlserver-constraints/>

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