簡介
數據庫快照，正如其名稱所示那樣，是數據庫在某一時間點的視圖。是SQL Server在2005之后的版本引入的特性。快照的應用場景比較多，但快照設計最開始的目的是為了報表服務。比如我需要出2011的資產負債表，這需要數據保持在2011年12月31日零點時的狀態，則利用快照可以實現這一點。快照還可以和鏡像結合來達到讀寫分離的目的。下面我們來看什么是快照。
什么是快照
數據庫快照是 SQL Server 數據庫（源數據庫）的只讀靜態視圖。換句話說，快照可以理解為一個只讀的數據庫。利用快照，可以提供如下好處：
● 提供了一個靜態的視圖來為報表提供服務
● 可以利用數據庫快照來恢復數據庫，相比備份恢復來說，這個速度會大大提高（在下面我會解釋為什么）
● 和數據庫鏡像結合使用，提供讀寫分離
● 作為測試環境或數據變更前的備份，比如我要大批導入或刪除數據前，或是將數據提供給測試人員進行測試前，做一個快照，如果出現問題，則可以利用快照恢復到快照建立時的狀態
快照的原理
與備份數據庫復制整個數據庫不同，快照并不復制整個數據庫的頁，而是僅僅復制在快照建立時間點之后改變的頁。因此，當利用快照進行數據庫恢復時，也僅僅將那些做出改變的頁恢復到源數據庫，這個速度無疑會大大高于備份和恢復方式。這個原理如圖1所示（圖摘自SQL Server 2008揭秘）。
圖1.鏡像的原理
由圖1可以看出，快照并不是復制整個整個數據庫，而是當源數據庫更改時，源數據庫會將更改之前的數據存入快照數據庫之后，再對源數據庫進行更改。因此可以看出,源數據庫上建立快照會給IO增加額外負擔.當對快照數據庫進行查詢時，快照時間點之后更改的數據會查詢快照數據庫文件，而快照時間點之后未更改的數據，將會查詢源數據庫文件。這個概念如圖2所示（圖摘自SQL Server 2008揭秘）。
圖2.查詢快照數據庫時查詢的分布
寫入時復制（Copy On Writing）和稀疏文件（Sparse Flie）
由上圖中可以看出，快照數據庫的文件是基于稀疏文件（Sparse File），稀疏文件是NTFS文件系統的一項特性。所謂的稀疏文件，是指文件中出現大量0的數據，這些數據對我們用處并不大，卻一樣占用著磁盤空間。因此NTFS對此進行了優化，利用算法將這個文件進行壓縮。因此當稀疏文件被創建時，稀疏文件剛開始大小會很小（甚至是空文件），比如圖3所示的文件就是一個稀疏文件。雖然邏輯上占了21M，但文件實際上占了128KB磁盤空間。
圖3.一個稀疏文件
對于快照來說，除了通過快照數據庫文件的屬性來看快照的大小之外，也可以通過DMV來查看，如圖4所示。
圖4.通過DMV查看快照數據庫大小
而當快照創建后，隨著對源數據庫的改變逐漸增多，稀疏文件也會慢慢增長，概念如圖4所示。
圖5.隨著源數據庫的更改越來越多，稀疏文件不斷增長
所以，通常來說，當稀疏文件增長到源數據庫文件大小的30%時，就應該考慮重建快照了。
而稀疏文件的寫入是利用了微軟的寫入時復制技術（Copy-On-Writing），意思是在復制一個對象時并不是真正把對象復制到另一個位置，而是在新的對象中映射一個指針，指向原對象的位置。這樣當對新對象執行讀操作時，直接指向原對象。而在對新的對象執行寫操作時，將改變部分對象的指針指向到新的地址中。并修改映射表到新的位置中。
使用快照的限制
使用快照存在諸多限制，由于列表太長，我只概括的說一下主要限制。
● 當使用快照恢復數據庫時，首先要刪除其他快照
● 快照在創建時的時間點上沒有commit的數據不會被記入快照
● 快照是快照整個數據庫，而不是數據庫的某一部分
● 快照是只讀的，意思是不能在快照上加任何更改，即使是你想加一個讓報表跑得更快的索引
● 在利用快照恢復數據庫時，快照和源數據庫都不可用
● 快照和源數據必須在同一個實例上
● 快照數據庫的文件必須在NTFS格式的盤上
● 當磁盤不能滿足快照的增長時，快照數據庫會被置為suspect狀態
● 快照上不能存在全文索引
其實，雖然限制看上去很多，但只要明白快照的原理，自然能推測出快照應該有的限制。
快照的創建和使用
無論是使用SSMS或是命令行，快照只能通過T-SQL語句創建。在創建數據庫之前，首先要知道數據庫分布在幾個文件上，因為快照需要對每一個文件進行copy-on-writing。如圖6所示。
圖6.首先查出數據庫的文件分布
根據圖6的數據庫分布，我們通過T-SQL創建快照，如圖7所示。
圖7，根據圖6的數據庫信息創建一個數據庫快照
當快照數據庫創建成功后，就可以像使用普通數據庫一樣使用快照數據庫了，如圖8所示。
圖8.快照數據庫和普通數據庫一樣使用
通過如下語句可以看到，快照數據庫文件和源數據庫的文件貌似并無區別，僅僅是快照數據庫文件是稀疏文件，如圖9所示。
圖9.源數據庫和快照數據庫
而刪除快照數據庫和刪除普通數據庫并無二至，也僅僅是使用DROP語句，如圖10所示。
圖10.刪除快照數據庫
我們也可以利用快照恢復數據庫，這個恢復速度要比普通的備份-恢復來的快得多,這也可以將數據庫呈現給測試人員，當測試結束后，恢復數據庫到測試之前的狀態。如圖11所示。
圖11.利用快照恢復數據庫
使用快照其他一些需要考慮的因素
1、快照數據庫的安全設置繼承源數據庫的安全設置。也就是說能訪問源數據庫的用戶或角色也能訪問快照數據庫，當然，因為快照數據庫是只讀的，所以無論任何角色或人都無法修改快照數據庫。
2、我們由文章前面圖5看出，隨著快照存在的時間越來越長，快照會不斷增長。所以推薦在快照達到源數據庫大小30%之前，重新創建快照。
3、由于快照會拖累數據庫性能，所以數據庫不宜存在過多快照。
總結
本文簡單講述了數據庫快照的概念，原理以及使用。數據庫快照可以在很多場景下使用，無論是用于報表，還是和鏡像配合提供負載，以及利用快照恢復數據庫，使用得當的話，快照將會是一把利器。