sql server欧洲杯竞猜平台 I/O硬盘交互

一. 概述

 sql server作为关系型数据库,需要进行数据存储,
那在运行中就会不断的与硬盘进行读写交互。如果读写不能正确快速的完成,就会出现性能问题以及数据库损坏问题。下面讲讲引起I/O的产生,以及分析优化。

一. SQL Server 什么时候和磁盘打交道:

二.sql server  主要磁盘读写的行为

  2.1 
从数据文件(.mdf)里, 读入新数据页到内存。前页讲述内存时我们知道,如果想要的数据不在内存中时,就会从硬盘的数据文件里以页面为最小单位,读取到内存中,还包括预读的数据。
当内存中存在,就不会去磁盘读取数据。足够的内存可以最小化磁盘I/O,因为磁盘的速度远慢于内存。

  2.2  预写日志系统(WAL),向日志文件(.ldf)写入增删改的日志记录。
用来维护数据事务的ACID。

  2.3  Checkpoint 检查点发生时,将脏页数据写入到数据文件
,在sp_configure的recovery interval 控制着sql
server多长时间进行一次Checkpoint,
如果经常做Checkpoint,那每次产生的硬盘写就不会太多,对硬盘冲击不会太大。如果隔长时间一次Checkpoint,不做Checkpoint时性能可能会比较快,但累积了大量的修改,可能要产生大量的写,这时性能会受影响。在绝大多数据情况下,默认设置是比较好的,没必要去修改。

  2.4   内存不足时,Lazy
Write发生,会将缓冲区中修改过的数据页面同步到硬盘的数据文件中。由于内存的空间不足触发了Lazy
Write, 主动将内存中很久没有使用过的数据页和执行计划清空。Lazy
Write一般不被经常调用。

  2.5   CheckDB, 
索引维护,全文索引,统计信息,备份数据,高可用同步日志等。

  1. SQL 需要访问的数据没有在Buffer
    pool中,第一次访问时需要将数据所在的页面从数据文件中读取到内存中。(只读)

  2. 在insert/update/delete提交之前,
    需要将日志记录缓存区写入到磁盘的日志文件中。(写)

  3. Checkpoint的时候,需要将Buffer
    pool中已经发生修改的脏数据页面同步到磁盘的数据文件中。(写)

  4. 当Buffer pool空间不足的时候, 会触发Lazy writer,
    主动将内存中的一些很久没有使用过的数据页面和执行计划清空。如果这些页面上的修改还没有被检查点写回硬盘,
    Lazy writer 会将其写回。(写)

  5. DBCC checkDB, Reindex, Update Statistics, database backup等操作,
    会带来比较大的硬盘读写。(读/写)

三. 磁盘读写的相关分析

  3.1 sys.dm_io_virtual_file_stats  获取数据文件和日志文件的I/O
统计信息。该函数从sql server
2008开始,替换动态管理视图fn_virtualfilestats函数。
哪些文件经常要做读num_of_reads,哪些经常要做写num_of_writes,哪些读写经常要等待io_stall_*。为了获取有意义的数据,需要在短时间内对这些数据进行快照,然后将它们同基线数据相比较。

SELECT  DB_NAME(database_id) AS 'Database Name',
        file_id,
        io_stall_read_ms / num_of_reads AS 'Avg Read Transfer/ms',
        io_stall_write_ms / num_of_writes AS 'Avg Write Transfer/ms'
FROM    sys.dm_io_virtual_file_stats(null, null)
WHERE   num_of_reads > 0 AND num_of_writes > 0 

  io_stall_read_ms:用户等待文件,发出读取所用的总时间(毫秒)。

  io_stall_write: 用户等待在该文件中完成写入所用的总时间毫秒。

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  3.2  windows 性能计数器:  Avg. Disk Sec/Read
这个计数器是指每秒从磁盘读取数据的平均值

< 10 ms – 非常好
 10 ~ 20 ms 之间- 还可以
 20 ~50 ms 之间- 慢,需要关注
> 50 ms –严重的 I/O 瓶颈

  3.4  I/O  物理内存读取次数最多的前50条

 SELECT TOP 50
 qs.total_physical_reads,qs.execution_count,
 qs.total_physical_reads/qs.execution_count AS [avg I/O],
 qs. creation_time,
 qs.max_elapsed_time,
 qs.min_elapsed_time,
 SUBSTRING(qt.text,qs.statement_start_offset/2,
 (CASE WHEN qs.statement_end_offset=-1
 THEN LEN(CONVERT(NVARCHAR(max),qt.text))*2
 ELSE qs.statement_end_offset END -qs.statement_start_offset)/2) AS query_text,
 qt.dbid,dbname=DB_NAME(qt.dbid),
 qt.objectid,
 qs.sql_handle,
 qs.plan_handle
 from sys.dm_exec_query_stats qs
 CROSS APPLY sys.dm_exec_sql_text(qs.sql_handle) AS qt
 ORDER BY qs.total_physical_reads DESC

 3.5 使用sp_spaceused查看表的磁盘空间

  exec sp_spaceused 'table_xx'

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reserved:保留的空间总量
data:数据使用的空间总量
index_size:索引使用空间
Unused: 未用的空间量

 3.6  监测I/0运行状态 STATISTICS IO ON;

 

 四  磁盘读写瓶颈的症状

  4.1  errorlog里报告错误 833

  4.2  sys.dm_os_wait_stats 视图里有大量等待状态PAGEIOLATCH_* 或
WriteLog。当数据在缓冲区里没有找到,连接的等待状态就是PAGEIOLACTH_EX(写)
PAGEIOLATCH_SH(读),然后发起异步操作,将页面读入缓冲区中。像
waiting_tasks_count和wait_time_ms比较高的时候,经常要等待I/O,除在反映在数据文件上以外,还有writelog的日志文件上。想要获得有意义数据,需要做基线数据,查看感兴趣的时间间隔。

select wait_type,
waiting_tasks_count,
wait_time_ms ,
max_wait_time_ms,
signal_wait_time_ms
from sys.dm_os_wait_stats
where wait_type like 'PAGEIOLATCH%' 
order by wait_type

  wait_type:等待类型
  waiting_tasks_count:该等待类型的等待数
  wait_time_ms:该等待类型的总等待时间(包括一个进程悬挂状态(Suspend)和可运行状态(Runnable)花费的总时间)
  max_wait_time_ms:该等待类型的最长等待时间
  signal_wait_time_ms:正在等待的线程从收到信号通知到其开始运行之间的时差(一个进程可运行状态Runnable花费的总时间)
  i/o等待时间==wait_time_ms – signal_wait_time_ms

二. 哪些SQL 配置会对I/O有影响:

   五  优化磁盘I/O

   5.1
数据文件里页面碎片整理。 当表发生增删改操作时索引都会产生碎片(索引叶级的页拆分),碎片是指索引上的页不再具有物理连续性时,就会产生碎片。比如你查询10条数据,碎片少时,可能只扫描2个页,但碎片多时可能要扫描更多页(后面讲索引时在细说)。

   5.2
表格上的索引。比如:建议每个表都包含聚集索引,这是因为数据存储分为堆和B-Tree,
按B-Tree空间占用率更高。 充分使用索引减少对I/0的需求。

   5.3
数据文件,日志文件,TempDB文件建议存放不同物理磁盘,日志文件放写入速度比较快的磁盘上,例如
RAID 10的分区

        5.4
文件空间管理,设置数据库增长时要按固定大小增长,而不能按比例,这样避免一次增长太多或太少所带来的不必要麻烦。建议对比较小的数据库设置一次增长50MB到100MB。下图显示如果按5%来增长近10G, 如果有一个应用程序在尝试插入一行,但是没有空间可用。那么数据库可能会开始增长一个近10G,
文件的增长可能会耗用太长的时间,以至于客户端程序插入查询失败。

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       5.5 避免自动收缩文件,如果设置了此功能,sql
server会每隔半小时检查文件的使用,如果空闲空间>25%,会自动运行dbcc
shrinkfile 动作。自动收缩线程的会话ID
SPID总是6(以后可能有变) 如下显示自动收缩为False。

   
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   5.6 如果数据库的恢复模式是:完整。
就需要定期做日志备份,避免日志文件无限的增长,用于磁盘空间。

    

     

1. ( Recovery Interval, 默认60秒)(Checkpoint pages/sec + Avg. Disk
Queue Length + Batch Requests/sec) 

2.
数据文件和日志文件的自动增长和自动收缩。对于生成数据库,要避免自动增长和自动收缩。

  1. 数据文件中的页面碎片程度 (Clustered index) :  dbcc
    showcontig(‘table_name’) — avg. Page Density(full)
     碎片多,读取/写入的页面多(set statistics io on — logical reads)

  2. 表上的索引结构:
    聚集索引的表和堆表的存储管理不同。

  3. 数据压缩: 可以减少I/O,
    但会消耗CPU和内存资源。

6.
数据文件和日志文件分别放在不同的硬盘上,日志要放在写入速度较快的硬盘上,
如RAID10

7.
数据文件可以有多个分别放到不同硬盘上的文件, SQL
server会将新数据按照同一个文件组的每个文件剩余空间的大小,
按比例写入到所有有剩余空间的文件中。  而日志文件则不同,
在一个时间点只会写一个日志文件。
所以在不同的硬盘上建日志文件对性能没有什么帮助。

 

三. 操作系统I/O问题的诊断:

  1. 在判断SQL I/O问题之前,先看看Windows层面I/O是否正常。
    如果很忙,再确认是不是SQL造成的。

  2. LogicalDisk and PhysicalDisk: 

  %idle time: 

  %disk time: = %disk read time + %disk write time

  %disk read time

  %disk write time

  Avg. disk sec/read

  Avg. disk sec/write:   很好:<10ms    一般:10-20ms  
有点慢:20-50ms   非常慢:> 50ms

  Avg. disk bytes/transfer

  Avg. disk queue length: 不应该长时间>2  (SAN 盘就不同)

  Avg. disk read queue length

  Avg. disk write queue length

  Disk Bytes/sec:  好:20-40MB   一般:10-20MB

  Disk Read Bytes/sec

  Disk Write Bytes/sec

  Disk Transfers/sec

  Disk Reads/sec

  Disk Writes/sec

  Current Disk queue length

 

四. SQL Server 内部分析:

 1. 检查sys.dm_exec_requests 或者 sys.dm_os_wait_stats:

  select wait_type,

    waiting_tasks_count,

    wait_time_ms

  from sys.dm_os_wait_stats

  where wait_type like ‘PAGEIOLATCH’   — PAGEIOLATCH_EX(写)
  PAGEIOLATCH_SH(读) 主要反映数据文件上的I/O等待

  order by wait_type

  1. 找出那个数据库哪个文件总做I/O,是数据文件还是日志文件,
    经常读,还是经常写:

  select db.name as database_name, f.fileid as file_id, f.filename
as file_name,

    i.num_of_reads, i.num_of _bytes_read,
i.io_stall_read_ms,

    i.num_of_writes, i.num_of_bytes_written,
i.io_stall_write_ms,

    i.io_stall, i.size_on_disk_bytes

  from sys.database db inner join sys.sysaltfiles f on
db.database_id=f.dbid

  inner join sys.dm_io_virtual_file_stats(NULL,NULL) i  on
i.database_id=f.dbid and i.file_id=f.fileid

 

  select database_id, file_id, io_stall, io_pending_ms_ticks,
scheduler_address  — check every pending I/O request

  from sys.dm_io_virtual_file_stats(NULL,NULL) t1,
sys.dm_io_pending_io_requests as t2

  where t1.file_handle=t2.io_handle

 

  – check which table in buffer pool and how mang size of it

  declare @name nvarchar(100)   

  declare @cmd nvarchar(1000)

  declare dbname cursor for

    select name from master.dbo.sysdatabases

  open dbname

  fetch next from dbname into @name

  while @@fetch_status = 0

  begin

    set @cmd= ‘select b.databse_id, db=dbname(b.database_id),
p.object_id, p.index_id, buffer_count=count(*) from ‘ + @name +
‘.sys.allocation_units a, ‘

        + @name + ‘.sys.dm_os_buffer_descriptions b, ‘ +
@name+ ‘.sys.partitions p

        where a.allocation_unit_id=b.allocation_unit_id

        and a.container_id=p.hobt_id

        and b.database_id=db_id(”’ + @name+ ”’)

        group by b.database_id, p.object_id, p.index_id

        order by b.database_id, buffer_count desc’

    exec(@cmd)

    fetch next from dbname into @name

  end

  close dbname

  deallocate dbname

  go

 

五. 和SQL相关的计数器:

  1. Buffer manager:

    page reads/sec  and page writes/sec

    Lazy writes/sec

    Checkpoint writes/sec

    Readahead pages/sec

  2. Access Methods:

    Freespace scans/sec

    Page splits/sec

    Page allocations/sec

    Workfiles/sec

    Worktables/sec

    Full scans/sec

    Index Searches/sec

  3. Database(Log Activity)

    Log flushes/sec

    Log Bytes flushed/sec

    Log flush wait time

    Log flush waits/sec

 

六. 硬盘压力测试:

  SQLIO
下载地址: 

      SQLIO 已经升级成 DiskSPD。 在上面的链接中下载readme.pdf,
该文件中有下载地址。  Diskspd-v2.0.17.zip 解压之后如下图:

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  UsingDiskspdforSQLServer.docx里面有详细的使用说明和分析方法。

 



 

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