執行查詢 第一篇：基本概念

SQL Server 是如何執行查詢腳本的呢？首先，應用程式連接配接到SQL Server引擎， 向SQL Server發送請求。一旦應用程式連接配接到資料庫引擎，SQL Server 建立會話（Session），用于表示用戶端和伺服器端之間資料交換的狀态。其次，SQL Server引擎配置設定Task來接受查詢請求，然後，SQL Server把Workder 綁定到Task，開始配置設定CPU資源和記憶體資源來處理Task。最後，通過解析、編譯和優化，進入查詢引擎，真正開始執行查詢請求。下圖從高層次上概括了SQL Server執行TSQL腳本的流程：

對于圖中的相關元件，先來了解一下其基本的概念和功能。

一，Connections

連接配接，這是在底層協定上實作的實際的實體連接配接，在用戶端向資料庫引擎發送請求之前，必須建立應用程式和資料庫引擎之間的實體連結，是應用程式和資料庫引擎之間聯系的實體通道，有三種連接配接的類型：TCP socket，命名管道（named pipe）和共享記憶體（shared memory）。相關的DMV：sys.dm_exec_connections。

二，Sessions

會話，當用戶端應用程式連到SQL Server時，兩端就會建立起一個“會話”用于交換資訊。嚴格來說，會話不是底層的實體連接配接，是SQL Server對連接配接的邏輯表示，用于存儲在資料庫引擎和應用程式之間連接配接時所需要的設定，比如，登陸資訊，事務的隔離級别，會話的SET選項等。但是，在實際應用中，通常可以把會話視為連接配接。

當發現一個session有多個值時，意味着出現了并行查詢。一個并行查詢使用相同的會話來連接配接用戶端，但是在SQL Server端使用多個Worker（Thread）用于服務這個請求。相關DMV：sys.dm_exec_sessions，當你看到有多行資料有相同的Session ID時，這是因為SQL Server 使用多個線程來處理一個查詢請求。

通常情況下，一個Connection對應一個Session，有時，可能存在多個Session對應一個Connection的情況，這是MARS（Multiple Active Result Sets）現象。

三，Request

請求，在SQL Server 的語境下，是查詢或批的邏輯表示。

SQL Server是一個 Client-Server平台，用戶端與伺服器（後端資料庫）互動的唯一方式是通過發送包含指令的請求到資料庫，而用戶端與伺服器端互動的協定簡稱為TDS（Tabular Data Stream）。應用程式使用SqlClient、OleDB、ODBC、JDBC等驅動來實作這種協定。當應用程式需要對資料庫執行任何操作時，它都通過TDS協定向資料庫引擎發送一個請求（request）。

簡單來說，每次對資料庫的操作都會以“請求”的形式發送給資料庫伺服器，發送請求有多種類型，主要是：Batch Request、RPC Request、Bulk Load Request。

• Batch Request：批請求，此請求類型僅包含要執行的批處理的T-SQL文本。
• RPC Request：遠端過程調用請求（Remote Procedure Call Request），用于執行存儲過程。
• Bulk Load Request：大容量加載請求，用于執行大容量插入（Bulk Insert）操作

相關的DMV是：sys.dm_exec_requests。

四，Tasks

任務，在一個完整的TDS請求達到資料庫引擎時，SQL Server将會建立一個任務（Task）來處理請求。當Request到達SQL Server之後，後續操作都發生在SQL Server内部。使用者可以從  sys.dm_exec_requests 檢視資料庫引擎接收到的所有請求。一旦一個Task接收一個請求，Task的狀态由PENDING 轉變為可用。

當任務被建立用于處理請求時，該Task将代表請求從開始到完成的整過程。例如，如果請求是SQL Batch類型的請求，則任務将代表整個批次，而不是單個語句，SQL Batch中的單個語句不會建立新任務。批進行中的某些個别語句可以并行執行（通常稱為DOP，并行度），在這種情況下，任務将産生新的子任務以并行執行。如果請求傳回結果，則當用戶端完全使用結果時（例如，當您處置SqlDataReader時），批處理就完成了。您可以通過查詢sys.dm_os_tasks 來檢視伺服器中的任務清單。

當新的請求到達伺服器并建立任務以處理該請求時，處于PENDING狀态。在此階段，伺服器尚不知道請求實際上是什麼。該任務必須首先開始執行，為此，引擎必須為其配置設定一個工作程式（Worker）。

當一個新請求到達伺服器并且建立一個對應的任務時，首先會處于PENDING（挂起狀态），任務的狀态可以有：

• PENDING：正在等待工作線程（Worker Thread）。
• RUNNABLE：可運作，但正在等待接收一個時間片（quantum）。
• RUNNING：目前正在Scheduler中運作。
• SUSPENDED：擁有worker，但是正在等待某些事件（向RUNNABLE轉變）
• DONE：已經完成。
• SPINLOOP：陷入自旋鎖。

五，Workers

工作程序，Workers是SQL Server的線程池，伺服器在啟動時會建立一定數量的Worker（工作程式），并且可以按需建立更多工作程式，直到配置的最大工作程式線程（max worker threads）。隻有Worker才能執行代碼，Worker等待PENDING任務變為可用（當Task被配置設定用于處理請求），然後每個Workder被配置設定到一個Task，并執行該Task。Workder會一直執行（running），直到任務完全完成。

當沒有更多可用的Worker（工作程序）時，正在等待處理（PENDING）的任務将不得不等待，直到正在執行的（running）任務完成，或者執行該任務的Workder變得可用，能夠執行下一個PENDING的任務為止。

對于一個SQL批處理請求，承擔該任務的工作程序将執行整個SQL批處理（每個語句）。對于SQL批進行中的語句（=> request => task => worker）是否可以并行執行，答案是否定的，因為它們是在單個線程（=> worker）上執行的，是以每個語句必須按照順序來執行。

對于使用并行選項（DOP> 1）的語句，SQL Server會建立子任務，每個子任務都會經曆完全相同的周期：建立子任務（PENDING），工作程式必須拾取子任務并執行（與SQL批處理工作者不同的工作程式），通過查詢sys.dm_os_workers可以檢視SQL Server中工作程式的清單和狀态。

六，Scheduler

排程程式（Scheduler）是指SOS scheduler，用于管理Worker對CPU時間的需求，協調各個Worker對CPU資源的利用。每一個Scheduler都映射到一個單獨的CPU，Workder在一個排程程式中保持活躍/運作（Running）的時間稱作一個時間片（Quantum），最長時長為4毫秒。在其時間片到期之後，一個Worker主動退出，把時間片讓給其他需要通路CPU資源的Workder，并修改自身的狀态為RUNNABLE，這種排程方式稱為非搶占式排程。

參考文檔：

Thread and Task Architecture Guide

Understanding how SQL Server executes a query

Understanding how SQL Server executes a query

T-SQL執行内幕（1）——簡介