SQL Server & BI Blog by Andreas Wolter

(DE)
In einer meiner letzten Master-Classes tauchte die nicht ganz ernste aber dennoch interessante Fragestellung auf:

Wie viele Zeilen passen eigentlich maximal auf eine Datenseite? – wenn die Datensätze/Records so klein wie möglich sind.

Zunächst, Part 1, was ist der kleinstmögliche Datensatz in SQL Server?

Um das zu beurteilen, ist es gut, die Datentypen sowie die Struktur eines Datensatzes genau zu kennen.
Man könnte versucht sein, anzunehmen, dass eine Spalte vom Datentyp bit der kleinstmögliche Datensatz ist. Der erfahrene SQL‘er wird wissen, dass ein bit allein auch immer mindestens 1 byte in einem Record benötigt – erst bei mehreren Spalten dieses Datentyps, kommt ein Platzersparnis ins Spiel (bit (Transact-SQL)).

Der nächste Kandidat sind Datentypen, die laut der Liste in Books Online nur 1 byte Speicherplatz benötigen. Das wären folgende:

(EN)
In one of my last Master classes, a not quite so serious but nevertheless interesting question was brought up:

How many rows maximally do actually fit on a data page? – if the data sets/records are as small as possible.

First of all, part 1, what is the smallest possible data set in SQL Server?

In order to assess this, it is commendable to know exactly the data types as well as the structure of a data set. 

One could be tempted to assume that a column of the data type bit is the smallest possible data set. The experienced SQL people will know that a bit alone always also requires at least 1 byte in one record – only with several columns of this data type, the place-saving aspect comes into play (bit (Transact-SQL)).

The next candidate are data types which according to the list in Books Online use only 1 byte of storage. These would be the following:

Tatsächlich benötigen in diesem besonderen Fall, einer einzigen Spalte je Datensatz, auch Records mit Nettowert von 2 Bytes, 9 Bytes auf der Datenseite:

As a matter of fact, in this particular case of a single column per record, also records with a net value of 2 bytes use 9 bytes on the data page:

Wie kommt das?
Das liegt an der Struktur der Datensätze. Diese ist hinlänglich in diversen Blogs dokumentiert (z.B. hier Inside the Storage Engine: Anatomy of a record und hier: SQL Server Storage Internals 101 ), jedoch eher für allgemeine Zwecke und dieser Sonderfall (eine 1-byte-Spalte) ist dabei weniger im Fokus.

Theoretisch würden für einen Datensatz 8 Bytes ausreichen:

4 Bytes: Datensatzkopf (Typ + Zeiger auf Null-Bitmap)
1 Byte: Daten
2 Bytes: Anzahl der Spalten im Record
1 Byte: NULL Bitmap

Dazu kommt noch der 2 Bytes große Zeiger im Page-Offset, was dann 10 Bytes ergeben würde.
Dennoch belegt ein solcher Datensatz 9 Bytes auf der Seite/Page + Offset.

Woran das liegt, sehen wir uns an.

How come?
This has to do with the structure of the data sets, which is sufficiently documented in various blogs (e.g. here: Inside the Storage Engine: Anatomy of a record and here: SQL Server Storage Internals 101 ), but rather for general purposes, and this special case (a 1-byte-column) is less focused on here.

Theoretically, 8 bytes would be sufficient for a data set:

4 bytes: data set head (type + pointer to NULL-bitmap)
1 byte: data
2 bytes: number of columns in record
1 byte: NULL bitmap

Add to that the 2-bytes-pointer in the page offset, which would then result in 10 bytes.
Despite this, such a data set uses 9 bytes on the page/page + offset.

We will now look at the reason for this.

Im Folgenden definiere ich 2 Tabellen mit jeweils einer bzw. 2 Spalten von Datentyp tinyint, der ja bekanntlich einen Byte benötigt:

In the following, I am defining 2 tables with one and 2 columns each of the data type tinyint, which is known to use 1 byte:

Danach füge ich zuerst Datenätze mit dem Wert „255“ bzw „255, 255“ ein, und danach einige mit Wert „NULL“.

Mit DBCC Page kann man sich den Header der Datenseiten beider Tabellen ansehen, und findet eine kleine Überraschung (Ergebnis reduziert):

Next, I am inserting, first, data set of the value “255” or “255, 255” and then a few of the value “NULL.”

With the DBCC page, one can look at the header of the data pages of both tables, and one will find a small surprise (reduced result). 

Obwohl die Größe der Daten fixer Länge (pminlen) mit 5 bzw. 6 unterschiedlich angegeben wird, ist der freie Speicherplatz auf der Seite (m_freeCnt) identisch! (rot)

Der Datensatz belegt in beiden Fällen jedoch 9 Bytes im Page-body (blau).

So sieht die Tabelle, bestehend aus einer Spalte, mit einigen Datensätzen gefüllt, auf der Festplatte aus:

Even though the size of the fixed-length data (pminlen) is specified differently, with 5 and 6 respectively, the free storage on the page (m_freeCnt) is identical! (red)

The record, however, uses in both cases 9 bytes in the page body. (blue)

This is what the table, consisting of one column, filled up with a few records, looks like on the hard drive:

Man sieht, dass 9 Bytes belegt sind, jedoch nur, da nach der NULL Bitmap noch ein Byte jedem Datensatz anhängig ist (gelb markiert).

Hier die Tabelle mit 2 Spalten:

One can see that 9 bytes are used, but only because after the NULL bitmap, one extra byte is attached to each data set (marked in yellow).

Below, see the table with 2 columns:

Auch hier also 9 Bytes, mit dem Unterschied, wie das letzte Byte verwendet wird.

Noch etwas deutlicher wird es im Binärformat. Das ist die Tabelle mit 2 Spalten – auch diese benötigt 9 Bytes, und man sieht unten, wie die NULL Bitmap zu ihrem Namen kommt:

Here, too, it is 9 bytes, with the difference being how the last byte is used.

It becomes a bit clearer in the binary format.
This is the table with 2 columns –this one uses 9 bytes as well, and you can see below how the NULL bitmap gets its name:

Dieser eine Byte, der für mich keinen klaren Nutzen hat, führt also zu dem Ergebnis, das beide Tabellen letztlich 9 Bytes je Record auf der Festplatte benötigen.

This one byte, which to me does not have any clear purpose, is what leads to the result that both tables ultimately use 9 bytes per record on the hard drive.

Die minimale Datensatzgröße ist daher in der Tat 9 Bytes. Der zweitgrößte Datensatz ist jedoch auch 9 Bytes. :-D

Dabei darf beliebig gewählt werden zwischen 2 Spalten à 1 Byte oder 1 Spalte à 2 Bytes :-)
Daher die Liste:

The minimal record size is thus in fact 9 bytes. The second biggest record, however, is also 9 bytes. :-D

Here, one may freely choose between 2 columns à 1 byte or 1 column à 2 bytes :-).
Hence the list:

Kommen wir nun zu Part 2:

Wie viele Datensätze passen maximal auf eine Datenseite, wenn wir jetzt wissen, dass jeder Datensatz mindestens 9 Bytes + Offset benötigt?

Let us now look at Part 2:

How many records fit maximally on a data page if we now know that every data set requires a minimum of 9 bytes + offset?

Wir testen mit einer Tabelle, bestehend aus einer Spalte mit Datentyp tinyint – wohlwissend, dass es dasselbe Ergebnis bringen würde, wenn wir smallint oder etwas anderes aus der Liste oben nehmen würden.

We are testing with one table of one column with datatype tinyint – knowing full well that it would have the same outcome if we were to take smallint or something else from the list above.

Sehen wir uns an, wie voll die Datenseite geworden ist, und welche Page_ID diese hat:

Then, we will check again how full the data page has become, and which Page_ID it has:

Ausgehend davon, dass eine Datenseite 8192 Bytes groß ist und abzüglich Header 8096 Bytes für Daten zur Verfügung stehen, bedeutet ein Füllgrad von ~95,107%, das noch gut ~396 Bytes zur Verfügung stehen. Durch 11 ergibt das 36. - 36 Datensätze haben also noch Platz!

Was sagt DBCC Page dazu?

Based on the fact that a data page is 8192 bytes in size and that, less the header, 8096 bytes are available for data, a fill degree of ~95,107% means that some ~396 are still available. Divided by 11 this equals 36 – there is still room for 36 records!

What does DBCC Page have to say to this?

Auch hier: 396 Bytes frei – na dann war unsere Überschlagsrechnung gar nicht so schlecht. :-)

Das heißt rein rechnerisch müssten weitere 36 Datensätze auf die Seite passen.
Also „rauf damit“.

396 bytes free – well, then, our back-of-the-envelope calculation wasn’t so bad at all. :-)

That is to say that in purely arithmetical terms, a further 36 records should fit on the page.
So “let’s put them on.”

2 Seiten, direkt ab dem 701. Datensatz.
Was ist da los?
Im Hex Editor betrachten wir „das Grauen“:

2 pages, directly from the 701^st data set.
What is going on there?
In the hex editor, we are looking at “the horror”:

Freier Platz! – Fragmentierung, „Igitt“ ;-)
Was machen wir da?
Ein Rebuild der Tabelle, was sonst.

Free space! – Fragmentation, „yuck“ ;-)
What to do?
A rebuild of the table, what else.

Und schon ist die Seite zu glatten 100% gefüllt: 736 Datensätze.
Und das sagt der Header:

And just like that, the page is filled with a sleek 100%: 736 records.
And this is what the header says:

Ja, die Page_ID ist eine andere – aber nicht, weil ich gemogelt hätte, sondern weil die Storage Engine für den Rebuild neuen Platz reserviert, und den alten nach getaner Arbeit freigegeben hat.

Und auch auf Platte sieht es jetzt so aus, wie es sein sollte – bis zum Ende aufgefüllt:

Yes, the Page_ID is a different one – but not because I might have cheated, but because the storage engine allocated new space for the rebuild, and released the old one after the done work.

On the drive, too, it now looks exactly how it’s supposed to – filled up to the end:

Übrigens: Wenn ich anstelle der Heap-Speicherung der Tabelle einen Clustered Index als Struktur gewählt hätte, wären die Daten in den allermeisten Fällen sofort auf der einen Seite zu 100% abgelegt worden
– aber was tut man nicht alles für die Spannungskurve :-)

Ansonsten gilt auch hier die Regel: „Niemals auf etwas verlassen, was man nicht selbst getestet hat“ ;-)

By the way, had I chosen a Clustered Index as structure instead of the Heap-storage, in most cases, the data would have been stored immediately to a 100% on the one page
– but what’s the fun in that! :-)

Otherwise, the rule also applies here: “Never rely on something you haven’t tested yourself” ;-)

Ergebnis:
Die Antwort auf die Frage lautet daher nicht 700, nicht 732, oder gar 809, sondern: 736 Datensätze passen maximal auf eine Seite.

- und dabei macht es noch nicht einmal einen Unterschied, ob man eine Spalte mit 1 oder 2 Bytes Größe, oder gar 2 Spalten mit je einem Byte Größe verwendet.

Da jeder Datensatz 9 Bytes zzgl. 2 Bytes Record Offset benötigt, haben wir damit die maximale Kapazität einer SQL Server Datenseite mit 8096 Bytes exakt ausgereizt! :-)

- Nicht zu verwechseln mit der maximalen Zeilenlänge von 8060 Bytes.

Result:
The answer to this question, therefore, is not 700, not 732, or even 809, but: a maximum of 736 data records fits on one page.

- and it does not even make a difference, if one uses one column with 1 or 2 bytes in size, or even 2 columns with one byte in size.

Since every data record uses 9 bytes plus 2 bytes record offset we will have exactly exhausted the maximum capacity of an SQL Server data page with 8096 bytes! :-)

- Not to be confused with the maximal row length of 8060 bytes.

(DE)

Seit SQL Server 2005 gibt es die Serverweite Berechtigung CONTROL SERVER. Prinzipiell eine Alternative zur sysadmin-Mitgliedschaft, blieb sie dennoch nicht viel mehr als ein Ladenhüter – kaum bekannt und noch weniger verwendet.

Einer der Hauptgründe dafür war die fehlende Möglichkeit, dieses Recht einer Gruppe von Prinzipalen/Logins auf Server-Ebene zu geben.

Seit SQL Server 2012 ist es ja nun möglich, eigene Server-Rollen zu definieren, so dass diese Berechtigung nun immer mehr Verwendung findet.

Dennoch ist sie kein vollständiger Ersatz für sysadmin. Warum das so ist wo die Unterschiede liegen und wo es sogar ein Risiko sein kann, möchte ich im Folgenden für meine Leser festhalten und demonstrieren.

(EN)

Since SQL Server 2005, the server wide permission CONTROL SERVER has been existing. In principle being an alternative to sysadmin-membership, it did not turn out to be much more than a shelf warmer. - Little known and even less used.

One of the main reasons for this was the absence of an option to grant this permission to a group of principals/Logins on server-level.

Since SQL Server 2012, it has been possible to define custom server-roles, so now this permission is used more and more.

However, it is no complete replacement for sysadmin. In the following, I want to demonstrate to my readers exactly why this is, where the differences are and where it can even be a risk.

Grundlegende Kenntnisse über das Verhalten von sysadmin und dbo setze ich als hinreichend bekannt voraus, und konzentriere mich auf das, was bei der Verwendung von CONTROL SERVER anders ist.

I will take as a given basic knowledge about the behavior of sysadmin and dbo and therefore focus on the things that are different when using CONTROL SERVER.

Zunächst wird ein neuer Login, „DBA_TheDude“, angelegt – das Passwort natürlich streng meinen Richtlinien (für Blogs) entsprechend. ;-)

Es folgen eine neue Serverrolle, „Role_DBA“, in die der Login als Mitglied aufgenommen wird.

Und da diese Rolle für Administratoren gedacht ist, erhält sie die weitest-möglichen Rechte: CONTROL SERVER.

First of all, a new Login, „DBA_TheDude“, is created – the password of course adhering strongly to my rules (for blogs). ;-)

This is followed by a new server role “Role_DBA” to which the Login will be added as a member.

And since this role is meant for administrators, it receives the most extensive permission: CONTROL SERVER.

Als nächstes melden wir uns als DBA am System an und lassen uns „die (effektiven) Rechte verlesen“ :-)

Next we log onto the system as DBA and have "our (effective) rights" displayed. :-)

permission_name

server

CONNECT SQL

server

SHUTDOWN

server

CREATE ENDPOINT

server

CREATE ANY DATABASE

server

CREATE AVAILABILITY GROUP

server

ALTER ANY LOGIN

server

ALTER ANY CREDENTIAL

server

ALTER ANY ENDPOINT

server

ALTER ANY LINKED SERVER

server

ALTER ANY CONNECTION

server

ALTER ANY DATABASE

server

ALTER RESOURCES

server

ALTER SETTINGS

server

ALTER TRACE

server

ALTER ANY AVAILABILITY GROUP

server

ADMINISTER BULK OPERATIONS

server

AUTHENTICATE SERVER

server

EXTERNAL ACCESS ASSEMBLY

server

VIEW ANY DATABASE

server

VIEW ANY DEFINITION

server

VIEW SERVER STATE

server

CREATE DDL EVENT NOTIFICATION

server

CREATE TRACE EVENT NOTIFICATION

server

ALTER ANY EVENT NOTIFICATION

server

ALTER SERVER STATE

server

UNSAFE ASSEMBLY

server

ALTER ANY SERVER AUDIT

server

CREATE SERVER ROLE

server

ALTER ANY SERVER ROLE

server

ALTER ANY EVENT SESSION

server

CONTROL SERVER

Klingt gut. Scheint Nichts zu fehlen.
Oder doch?

Vergleichen wir es mal mit der Liste aller Rechte, die es auf Server-Ebene überhaupt gibt:

Sounds good. Nothing seems to be missing at first glance.
Or does it?

Let’s compare it to the list of all permissions which exist on server-scope:

Ok, also wir haben wirklich alle Rechte, die man (auf Serverebene) vergeben kann.
Das ist auch dokumentiert: Permissions (Database Engine)
und hier: GRANT Server Permissions (Transact-SQL)

Diese Berechtigungen und Kommandos funktionieren auch wie dokumentiert.

Wie sieht es aber mit gespeicherten Systemprozeduren aus?

Ok, we really do have all permissions which can be granted (at server scope).
This is also documented: Permissions (Database Engine)
and here: GRANT Server Permissions (Transact-SQL)

Those permissions and commands really do work as documented.

But how about system stored procedures?

Warum das jetzt?

Ganz einfach. Sicher ist es den meisten noch gut aus SQL Server 2000-Zeiten bekannt, dass sicherheitskritische Systemprozeduren einen Check auf Mitgliedschaft in bestimmten Rollen enthalten. Und das tun die meisten derer auch heute noch. Ein Artefakt der damaligen unflexiblen Rechte-Verwaltung, kann man sagen.

Wenn man in den Code der sp_readerrorlog schaut, wird es dort genau so gemacht:

Why ist that now?

Quite simple. Most do probably remember from SQL 2000 times, that security wise critical system procedures include a check for membership in certain roles. And most of them still do the same today. One can call it an artefact of the then inflexible permission-management.

When we look into the code of sp_readerrorlog, this is what is being done there as well:

Okay.
Natürlich könnten wir diesen Code umgehen und die xp_readerrorlog direkt aufrufen.

In der GUI-Anzeige im Management Studio hilft uns das nicht, wir können es als manuellen Workaround verwenden.

Weitere Systemprozeduren, die über SSMS aufgerufen werden und die Ausführung verweigern sind unter anderem:
sp_addumpdevice - für Backup-Devices
sp_enum_oledb_providers – wird beim Konfigurieren und Betrachten von Linked Servers verwendet.

sp_addlinkedserver lässt sich dafür ohne Probleme ausführen – nur eben nicht über die GUI wegen eben genannter Prozedur.

Die Einrichtung von Database-Mail über die GUI bleibt ebenfalls den sysadmins vorbehalten. Via Script sollte es jedoch funktionieren (ungetestet).

Auch die Konfiguration des Distributors für die Replikation mittels sp_adddistributor ist ohne den sysadmin-Bit nicht möglich.
Andere Replikationskonfigurationsaufgaben sind teilweise sogar über die GUI möglich.

Unter SQL Server 2005 – 2008R2 gibt es für das Hinzufügen/Entfernen von (Server-)Rollenmitgliedern nur die Prozedur sp_addsrvrolemember / sp_dropsrvrolemember. Diese führt ebenfalls eine Serverrollen-Mitgliedschafts-Prüfung durch. - Unter SQL Server 2012 ist diese Prozedur aus Rückwärtskompatibilitätsgründen noch vorhanden, jedoch wurde dieser Check aus dem Code entfernt. Damit verhält sie sich in dieser Hinsicht somit wie der direkte Aufruf von ALTER SERVER ROLE {RoleName} ADD MEMBER {Loginname}.

Das gleiche gilt für sp_addrolemember / sp_droprolemember für Datenbankrollen.

Okay.
Of course we can go round this code by calling xp_readerrorlog directly.

This does not help in the GUI-presentation in Management Studio but we can use it as a manual workaround.

Among other system procedures that are called via SSMS and refuse execution are:
sp_addumpdevice - for backup-devices
sp_enum_oledb_providers – is used for viewing and configuring Linked Servers.

sp_addlinkedserver on the other hand can be executed without problems – just not via the GUI because of the just mentioned procedure.

Setting up Database-Mail via the GUI is also reserved for sysadmins. It should work via script though (untested).

Also the configuration of the distributor for replication by means of sp_adddistributor is not possible without the sysadmin bit.
Other replication tasks are partially possible even via the GUI.

Under SQL Server 2005 – 2008R2, to add/remove (server) role members, solely the system procedure sp_addsrvrolemember / sp_dropsrvrolemember exists. This one also conducts a server-role-membership-check. - Under SQL Server 2012 this procedure still exists for backwards-compatibility reasons, but this specific check has been removed from the code. Thereby it now behaves like the direct call of ALTER SERVER ROLE {RoleName} ADD MEMBER {Loginname}.

Same applies to sp_addrolemember / sp_droprolemember for database roles.

Soweit zu Systemprozeduren. Eigentlich ziemlich simpel, wenn man die Hintergründe kennt.

Daher, wo möglich: DDL-Kommandos verwenden, wie seit SQL Server 2005 nahegelegt wird.

Randnotiz: Es gibt mindestens 7 Variationen der Prüfung auf sysadmin-Mitgliedschaft. :-) :-(

Eine Kostprobe:

So much for system stored procedures. Quite simple after all, if you know the background.

Therefore, wherever possible: use DDL-commands, as it is advised since SQL Server 2005.

Side-note: there are at least 7 variations for the check of sysadmin-membership. :-) :-(

A taster:

Die häufigsten Fehlermeldungen, die dann ggfls. ausgelöst werden, sind:

The most frequent error messages which are triggered if applicable are:

message_id

text

14126

You do not have the required permissions to complete the operation.

14260

You do not have sufficient permission to run this command. Contact your system administrator.

15003

Only members of the %s role can execute this stored procedure.

15247

User does not have permission to perform this action.

21089

Only members of the sysadmin fixed server role can perform this operation.

22904

Caller is not authorized to initiate the requested action. DBO privileges are required.

message_id

text

14126

Sie haben nicht die erforderlichen Berechtigungen, um den Vorgang abzuschließen.

14260

Sie haben nicht die erforderliche Berechtigung, um diesen Befehl auszuführen. Wenden Sie sich an den Systemadministrator.

15003

Nur Mitglieder der %1!-Rolle können diese gespeicherte Prozedur ausführen.

15247

Der Benutzer besitzt nicht die Berechtigung zum Ausführen dieser Aktion.

21089

Nur Mitglieder der festen Serverrolle 'sysadmin' können diesen Vorgang ausführen.

22904

Der Aufrufer ist nicht zum Initiieren der angeforderten Aktion berechtigt. Es sind DBO-Privilegien erforderlich.

Eine vollständige Liste aller Prozeduren, die auf sysadmin-Rollenmitgliedschaft prüfen, folgt am Ende.

A complete list of procedures that check for sysadmin-membership is included at the end of this post.

Kommen wir zu einem anderen wichtigen Bereich:

DBCC-Kommandos

Let’s come to another important area:

DBCC commands

Das geht ja gut los.

Die „Regel“ ist bei DBCC noch einfacher:
Fast jedes DBCC-Kommando prüft auf sysadmin.

Von DBCC CHECKDB über DBCC LOGINFO bis zu DBCC TRACEON. Also auch durchaus wertvolle Kommandos auch für den externen Support.
- Tatsächlich ist selbst DBCC HELP nur für sysadmins zugelassen...

Die einzigen Ausnahmen, die mir bekannt sind:
DBCC SHOW_STATISTICS

• man muss jedoch mindestens ddl_admin oder Besitzer der Tabelle sein

DBCC DETACHDB

• das ist ein spezieller Fall, da es über sp_detach_db ausgeführt wird
  
• db_owner oder dbo der datenbank ist ausreichend
  

DBCC FREEPROCCACHE und DBCC SQLPERF

• Diese setzen lediglich die ALTER SERVER STATE Berechtigung voraus.

DBCC DROPCLEANBUFFERS wiederum setzt die sysadmin-Rollenmitgliedschaft voraus.

Diese Berechtigungen sind übrigens recht gut dokumentiert.

That’s a good start, isn’t it..

The „rule“ for DBCC is even simpler:
Almost every DBCC-command checks for sysadmin.

From DBCC CHECKDB via DBCC LOGINFO to DBCC TRACEON. Thus some quite valuable commands also for external support.
- In fact even DBCC HELP is only allowed for sysadmins...

The only exceptions known to me are:
DBCC SHOW_STATISTICS

• one needs to be at least ddl_admin or owner of the table

DBCC DETACHDB

• this is a special case, since it's executed via sp_detach_db
• db_owner or dbo of the database is sufficient

DBCC FREEPROCCACHE and DBCC SQLPERF

• Those require only the ALTER SERVER STATE permission.

DBCC DROPCLEANBUFFERS on the other hand requires sysadmin-role membership.

Those permissions are documented quite well by the way.

Datenbankberechtigungen

Mit CONTROL SERVER hat ein Prinzipal auch vollen Zugriff auf alle Datenbanken.
Fast, aber auch nur fast wie sysadmins, die bekanntlich auf den „dbo“ gemappt werden.

Logins mit lediglich CONTROL SERVER-Berechtigung werden nicht(!) zu dbo gemapped.

Welche Auswirkungen das hat, sieht man im Folgenden:

Database permissions

With CONTROL SERVER, a principal has full access to all databases.
Almost, but only almost like sysadmins, which are, as is well-known, mapped to “dbo”.

Logins with merely CONTROL SERVER permission are not(!) mapped to dbo.

The consequences of this can be seen in the following:

Was ist passiert?

Erinnern Sie sich noch an das pre-SQL 2012 Problem, das man Windows-Gruppen kein Default Schema zuweisen konnte? Und was passierte, wenn ein Entwickler über solch eine Gruppe vergaß, beim Anlegen eines Objektes das Schema anzugeben?

Richtig. Das ist genau das gleiche: es wurde ein Schema mit dem Login-Namen des Entwicklern angelegt. Eine reine Freude für spätere Aufräumarbeiten, die „richtigen falschen“ Schemas zu identifizieren und zu löschen.
Dieses Issue (eines der am höchsten votierten Connect-Items) wurde mit SQL Server 2012 ja gelöst.

Leider wurde dabei verpasst, auch die Behandlung von CONTROL SERVER Berechtigten anzupassen. Dazu hatte ich ebenfalls ein Connect-Item erstellt.: „Login with CONTROL SERVER Permission Creating an Object without specifying Schema leads to creation of new Schema with Login-Name”. - Leider zu spät. :-/

Vermutlich wird dazu ein identischer Code-Block verwendet, denn genau wie in dem Windows-Gruppen-Szenario ist dieses implizite Anlegen des Schemas nicht abfangbar.

Fazit: Immer ein Schema angeben, wenn man als CONTROL Server Berechtigter Objekte anlegt – am besten einfach wirklich immer ein Schema angeben (es gibt noch andere Gründe dafür).

What happened?

Do you remember the pre-SQL 2012 problem, that windows groups could not be assigned a default schema? And what happened if a developer forgot to specify a schema when creating an object?

Right. This is exactly the same: a schema with the Login-Name of the developer has been created. A true joy for later clean-up, to identify and drop the „right wrong” schemas.
This Issue (one of the most voted Connect-Items) has been resolved with SQL Server 2012.

Unfortunately the handling of the CONTROL SERVER permission has been overlooked to be fixed. I did create a connect item: „Login with CONTROL SERVER Permission Creating an Object without specifying Schema leads to creation of new Schema with Login-Name”. – Unfortunately too late. :-/

Probably an identical code-block is being used for that, since just like in the Windows-Group scenario, this implicit creation of the schema is uncatchable.

Conclusion: Always specify a schema when creating an object as a CONTROL SERVER granted principal – best: always specify a schema. (there are other reasons for that, too)

Privilege-Escalation-Risiko:

Abschließen möchte ich mit einem sicherheitstechnisch extrem wichtigen Hinweis:

Logins mit CONTROL SERVER Berechtigung können standardmäßig JEDEN Login impersonifizieren. JEDEN. Also auch alle Sysadmins und sa selber! – Und auch wenn SQL Authentifizierung nicht aktiv ist!

Und so lässt sich das wunderbar ausnutzen:

Privilege-Escalation-risc:

I want to wind up with a security-wise extremely important hint:

Logins with CONTROL SERVER permission can impersonate EVERY Login. ALL OF THEM. Thus also all sysadmins and sa itself! – And even if SQL authentication is not active!

And this is how this can be exploited marvellously:

Wer sich also gegenüber dieser Form von Privilege-Escalation schützen möchte, muss das impersonate (mithilfe von DENY) verbieten.
- Und warum sollte man das nicht wollen, würde es doch ggfl. das gesamte Konzept von CONTROL SERVER in Frage stellen (?! ) -
Denn das ist der finale und entscheidende Unterschied:

Sysadmin-Mitglieder können nicht mit DENY eingeschränkt werden. Prinzipale mit bloßer CONTROL SERVER Berechtigung jedoch schon.

So funktionieren alle reinen DDL/DML Kommando-Berechtigungen eben.

Also, um es noch einmal klar zu sagen, da es so entscheidend ist:
Ein Login mit CONTROL SERVER Recht macht nur dann Sinn, wenn ihm gleichzeitig verboten wird, andere sysadmins (oder am besten: alle Logins) zu impersonifizieren. Andernfalls kann man ihn gleich zum sysadmin machen!

Dummerweise geht das nur über "DENY IMPERSONATE ON LOGIN::[Loginname]". Denn IMPERSONATE ist hierarchisch direkt CONTROL SERVER untergeordnet!

Who wants to protect himself from this form of privilege escalation must DENY impersonating.
- And why would you not want to do that since this eventually would put the whole concept of CONTROL SERVER in question (?!) -
Because this is the final and crucial difference:

Sysadmin-members cannot be restricted anything via DENY. Principals with mere CONTROL SERVER permissions yet can.

This is how all plain DDL/DML commands work.

So, to say it clearly again, because this is vital:
A Login with CONTROL SERVER Permission only makes sense, when at the same time it is explicitely denied impersonation of any sysadmin (or better: any Logins). Otherwise you may as well just make him sysadmin right away!

Unfortunately this only works via "DENY IMPERSONATE ON LOGIN::[Loginname]". This is because IMPERSONATE is hierarchically a direct subordinate of CONTROL SERVER!

Bei einer sich ändernden Liste an Systemadministratoren hat man ein Problem, wenn man nicht an dieses Deny denkt! (Nächstes Risiko!)

- Spätestens an dieser Stelle sollte man sich mit dem Überwachungs-Feature von SQL Server befassen.

For a changing list of system administrators one has a real problem, in case of not remembering this crucial Deny! (Next risk!)

- At the latest at this point one should address the Auditing feature of SQL Server.

Mein Fazit und Lessons-learned daher:

CONTROL-SERVER selber ist eine konsequente Fortführung der Bemühungen des Sicherheits-Teams, SQL Server sicherheitstechnisch noch einfacher und damit robuster zu machen.

Jedoch ist aus dem Grund der Impersonate-Rechte eine Privilege Escalation zu sysadmin sehr einfach. Um diese zu verhindern, sollte man gut mit der Berechtigungs-Hierarchie von SQL Server vertraut sein. – Wie immer: „Wissen schafft Sicherheit.“

Was wirklich schmerzt, ist, das eines der besten Anwendungsszenarien: Rechte für Support-Personal, intern oder Extern.
Das Fehlen der Möglichkeit, DBCC-Kommandos direkt zu berechtigen, macht uns hier einen Strich durch die Rechnung. Wenn man nicht jedes wichtige DBCC-Kommando in eine eigene Prozedur wrappen und somit berechtigen möchte, führt am sysadmin in diesen Anwendungsfällen nichts vorbei. (!)

Im Endeffekt ist eine strikte „Separation of Duties“, die Funktionstrennung auf verschiedene „Rollen“ das eherne Ziel.

Hier kann man dazu Nachlesen – auch das „SQL Server Separation of Duties Framework“ von codeplex, mit vielen guten Ideen kann ich empfehlen einmal anzusehen:

My conclusion and lessions-learned therefore are:

CONTROL SERVER itself is a consistent continuation of the efforts of the security team to make SQL Server even simpler and thereby more robust.

Because of the impersonate-permissions, a privilege escalation is really simple. In order to prevent this, one should be familiar with the permission hierarchy of SQL Server. – As always: “Knowledge leads to security.”

What really does hurt, is one of the best application cases: Permissions for support-personnel, internal or external.
The missing possibility to grant permissions to DBCC directy throws a monkey wrench in our plans. If one does not want to create a procedure as wrapper for every important DBCC command, there is no way around sysadmin in those scenarios. (!)

In the end, a strict “separation of duties” is the iron goal.

Here you can read more about it – you should also check out the “SQL Server Separation of Duties Framework” on codeplex with many good ideas:

Update 04-2014:

Mit SQL Server 2014 wird CONTROL Server etwas sicherer. Hier kann man mehr zu den neuen Möglichkeiten lesen:

New Permissions in SQL Server 2014: IMPERSONATE ANY LOGIN, SELECT ALL USER SECURABLES, CONNECT ANY DATABASE and the old CONTROL SERVER

Update 04-2014:

With SQL Server 2014 CONTROL Server becomes a bit safer. You can read more on the new possibilities here:

New Permissions in SQL Server 2014: IMPERSONATE ANY LOGIN, SELECT ALL USER SECURABLES, CONNECT ANY DATABASE and the old CONTROL SERVER

Eine Ablösung des „sa" ist übrigens nicht geplant, jedoch sinkt mit jedem Release die Anzahl der Szenarien, wo sa/sysadmin zwingend benötigt wird.

A displacement of „sa“ is not planned by the way, but with every release the scenarios where sa/sysadmin is imperatively needed become less.

Anbei die komplette Liste aller Systemprozeduren unter SQL Server 2012, die auf sysadmin-Rollenmitgliedschaft prüfen (171 – gegenüber 173 unter SQL Server 2008R2. SQL Server 2014 CTP1 ist noch das Gleiche):

(Hinweis: Insgesamt 197 Systemprozeduren prüfen auf Serverrollenmitgliedschaft, wie diskadmin oder serveradmin usw.)

Enclosed the list of all system procedures under SQL Server 2012 that check for sysadmin-role membership (171 – vs. 171 under SQL server 2008. SQL Server 2014 CTP 1 still the same):

(Hint: Altogether 197 system procedures check for server role membership like diskadmin or serveradmin and so on)

Module_Name

fn_yukonsecuritymodelrequired

sp_add_agent_parameter

sp_add_agent_profile

sp_adddatatype

sp_adddistributiondb

sp_adddistributor

sp_addqreader_agent

sp_addsubscriber

sp_addsubscriber_schedule

sp_addtabletocontents

sp_attachsubscription

sp_cdc_cleanup_change_table

sp_cdc_disable_db

sp_cdc_disable_table

sp_cdc_drop_job

sp_cdc_enable_db

sp_cdc_enable_table

sp_cdc_restoredb

sp_cdc_vupgrade

sp_certify_removable

sp_change_agent_parameter

sp_change_agent_profile

sp_change_subscription_properties

sp_change_users_login

sp_changedistpublisher

sp_changedistributiondb

sp_changedistributor_password

sp_changedistributor_property

sp_changemergesubscription

sp_changeqreader_agent

sp_changereplicationserverpasswords

sp_changesubscriptiondtsinfo

sp_checkinvalidivarticle

sp_copysubscription

sp_create_removable

sp_cycle_errorlog

sp_dbcmptlevel

sp_dbmmonitoraddmonitoring

sp_dbmmonitorchangealert

sp_dbmmonitordropalert

sp_dbmmonitordropmonitoring

sp_dbmmonitorhelpalert

sp_dbmmonitorhelpmonitoring

sp_dbmmonitorresults

sp_dbmmonitorupdate

sp_dbremove

sp_drop_agent_parameter

sp_drop_agent_profile

sp_dropdatatypemapping

sp_dropdistpublisher

sp_dropdistributiondb

sp_dropdistributor

sp_dropmergepullsubscription

sp_droppullsubscription

sp_dropsubscriber

sp_dsninfo

sp_enumdsn

sp_flush_commit_table_on_demand

sp_generate_agent_parameter

sp_get_distributor

sp_get_Oracle_publisher_metadata

sp_getagentparameterlist

sp_getdefaultdatatypemapping

sp_grant_publication_access

sp_help_agent_default

sp_help_agent_parameter

sp_help_agent_profile

sp_helpdistpublisher

sp_helpdistributor

sp_helpmergesubscription

sp_helpqreader_agent

sp_helpreplicationdboption

sp_identitycolumnforreplication

sp_IHValidateRowFilter

sp_IHXactSetJob

sp_link_publication

sp_monitor

sp_MSadd_distribution_agent

sp_MSadd_logreader_agent

sp_MSadd_merge_agent

sp_MSadd_snapshot_agent

sp_MSadd_subscriber_schedule

sp_MSadd_tracer_history

sp_MSadd_tracer_token

sp_MScdc_cleanup_job

sp_MScdc_db_ddl_event

sp_MScdc_ddl_event

sp_MSchange_distribution_agent_properties

sp_MSchange_logreader_agent_properties

sp_MSchange_merge_agent_properties

sp_MSchange_snapshot_agent_properties

sp_MSchangedynamicsnapshotjobatdistributor

sp_MSchangedynsnaplocationatdistributor

sp_MScheck_pull_access

sp_MScleanupmergepublisher_internal

sp_MSclear_dynamic_snapshot_location

sp_MScreate_dist_tables

sp_MSdbuserpriv

sp_MSdeletefoldercontents

sp_MSdrop_6x_replication_agent

sp_MSdrop_merge_agent

sp_MSdrop_snapshot_dirs

sp_MSdropmergedynamicsnapshotjob

sp_MSdynamicsnapshotjobexistsatdistributor

sp_MSenumallpublications

sp_MSfetchAdjustidentityrange

sp_MSfix_6x_tasks

sp_MSforce_drop_distribution_jobs

sp_MSget_agent_names

sp_MSget_jobstate

sp_MSget_oledbinfo

sp_MSget_publication_from_taskname

sp_MSgetdbversion

sp_MSgetmaxsnapshottimestamp

sp_MShelp_repl_agent

sp_MShelp_replication_status

sp_MShelp_snapshot_agent

sp_MShelpconflictpublications

sp_MShelpdynamicsnapshotjobatdistributor

sp_MShelplogreader_agent

sp_MShelpsnapshot_agent

sp_MShelptranconflictcounts

sp_MSinit_publication_access

sp_MSreinit_failed_subscriptions

sp_MSremoveoffloadparameter

sp_MSrepl_backup_complete

sp_MSrepl_backup_start

sp_MSrepl_createdatatypemappings

sp_MSrepl_dropdatatypemappings

sp_MSrepl_enumarticlecolumninfo

sp_MSrepl_enumpublications

sp_MSrepl_enumpublishertables

sp_MSrepl_enumsubscriptions

sp_MSrepl_enumtablecolumninfo

sp_MSrepl_getdistributorinfo

sp_MSrepl_startup_internal

sp_MSreplagentjobexists

sp_MSreplcheck_permission

sp_MSreplcheck_pull

sp_MSreplcheck_subscribe

sp_MSreplcheck_subscribe_withddladmin

sp_MSreplcopyscriptfile

sp_MSreplremoveuncdir

sp_MSsetalertinfo

sp_MSSetServerProperties

sp_MSsetupnosyncsubwithlsnatdist

sp_MSsetupnosyncsubwithlsnatdist_cleanup

sp_MSsetupnosyncsubwithlsnatdist_helper

sp_MSstartdistribution_agent

sp_MSstartmerge_agent

sp_MSstartsnapshot_agent

sp_MSstopdistribution_agent

sp_MSstopmerge_agent

sp_MSstopsnapshot_agent

sp_MSupdate_agenttype_default

sp_oledbinfo

sp_procoption

sp_removedbreplication

sp_removesrvreplication

sp_replication_agent_checkup

sp_replicationdboption

sp_resetstatus

sp_restoredbreplication

sp_SetAutoSAPasswordAndDisable

sp_setdefaultdatatypemapping

sp_updatestats

sp_validatelogins

sp_vupgrade_mergeobjects

sp_vupgrade_replication

sp_vupgrade_replsecurity_metadata

xp_repl_convert_encrypt_sysadmin_wrapper