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[数据库]Performance Monitor4:监控SQL Server的IO性能


SQL Server的IO性能受到物理Disk的IO延迟和SQL Server内部执行的IO操作的影响。在监控Disk性能时,最主要的度量值(metric)是IO延迟,IO延迟是指从Application创建IO请求,到Disk完成IO请求的时间延迟。如果物理Disk不能及时完成IO请求,跟不上请求负载的速度,那么SQL Server就容易出现性能问题。SQL Server内部在执行一些特定的操作时,会和Disk做读写交互,这也会影响物理硬盘响应SQL Server的IO请求的性能,使查询进程处于PageIOLatch或WriteLog等待。

一,在系统级别监控物理Disk的IO性能

1,监控物理Disk的IO延迟

在Windows级别上对Physical Disk的IO延迟进行分析,主要依赖于Performance Monitor的计数器,衡量物理Disk的IO延迟的计数器主要有三个:

  • Avg. Disk sec/Transfer:Disk每一次读写操作所用的平均时间
  • Avg. Disk sec/Read:Disk每一次读操作所用的平均时间 
  • Avg. Disk sec/Write:Disk每一次写操作所用的平均时间

avg.Disk sec/(Transfer,Read,Write),能够很好的反映Disk的IO速度,推荐的衡量Disk的IO速度的基线(baseline):

  • 很快:<10ms
  • 一般:10-20ms
  • 有点慢:20-50ms
  • 非常慢:>50ms

2,分析Data Collector收集的计数器数值

下图是产品环境中一台Server的计数器数值图表,将IO延迟的度量值按比例放大1000倍,这样图表显示的单位就是ms。

  • %Idle Time:在60%左右浮动,说明Disk不是很忙碌
  • Avg.Disk sec/Write:大多数情况下都是10ms以下,偶尔波动,说明Disk的写延迟比较低
  • Avg.Disk sec/Read:读延迟大多数情况下都是在40ms以上,鲜有低于40ms,偶尔达到峰值,说明Disk的读延迟非常高
  • Avg.Disk sec/Transfer:读写延迟的均值在30ms左右,时有波动,在%Idle Time曲线不波动时,Disk的读写延迟也有波动,说明Disk的读写延迟不稳定

初步判断,Disk的读写延迟非常高,Disk的IO性能较差,IO速度慢

3,监控物理Disk的IO次数

根据Disk的IO次数来界定Disk性能,没有统一的阈值,一般通过监控计数值来获取一个趋势,设置一个基线,如果在Disk比较忙碌时,遇到异常的谷值,那么就需要查看是否出现参数嗅探问题和Disk IO密集的查询,异常的谷值一般是由查询语句请求的数据量太多造成的,需要对查询语句进行性能调优。

系统级经常用到的Disk性能计数器是PhysicalDisk计数器:

  • Avg. Disk Queue Length :提供Disk阻塞程度的主要度量值,表示在 sample interval期间,Disk等待处理的IO请求队列的平均长度,即等待被Disk处理的IO请求的数量
  • % Idle Time:Disk的空闲程度,可以反推出Disk的忙碌程度
  • Disk (Reads/Writes/Transfers)/sec:每秒Disk执行读写操作数量

队列长度波动很大,在%Idle Time 升高时,IO数量降低,没有发现明显的异常谷值。

4,监控物理Disk读写的数据量

这几个计数值,对监控物理Disk的读写性能,意义不大,仅仅作为参考。

  • Avg.Disk Bytes/(Read,Write,Transfer)表示:在物理Disk执行读写操作时,物理Disk从Disk读取到内存的字节数量,从内存写入到Disk的字节数量,以及两者的总字节数量
  • Disk Bytes/sec:在物理Disk执行读写操作时,数据从Disk传输到内存,或从内存写入到Disk的字节速度,好的Disk,其值在20-40MB之间,一般Disk,其值在20MB以下

二,SQL Server内部操作对Disk IO性能的影响

SQL Server能够缓存从Disk加载的数据页,正常情况下,大部分操作不需要任何物理读操作,不需要Disk的物理IO参与就能完成,但是,有一些操作,必须和物理Disk进行IO操作,才能完成。SQL Server和物理Disk进行IO交互的操作:

  • 对于内存中没有缓存的数据,第一次访问时,需要将数据从数据文件读取到内存中,SQL Server访问的任何数据必须缓存到内存中,如果不在内存中,SQL Server发送读请求,将数据页从物理Disk读取到内存中,这个过程叫做物理读;如果数据存在于内存中,SQL Server直接访问,这个过程叫做逻辑读。
  • 在任何修改操作提交之前,预写事务日志记录到日志文件,在CheckPoint和LazyWriter运行时,数据被写入数据文件。
  • 执行CheckPoint时,将缓存中的脏页写入数据文件,脏页是指载入内存之后被修改过的数据页,内存中的数据和数据文件中的数据不一致,由CheckPoint触发的物理写操作和内压没有关系,和用户修改的数据量有关,用于控制还原的时间间隔。
  • 当Buffer Pool空间不足,Free Buffer List减少到临界值时,LazyWriter进程主动将内存中的一些很久没有访问过数据页面和执行计划清空,如果数据页面是脏页,那么将其写入到数据文件,LazyWriter和内存压力有关,由于内存可用的Free Buffer不足导致LazyWriter进程执行清理操作。
  • IO密集型操作,比如检查数据库的一致性(DBCC CheckDB),重建索引,更新统计信息,数据库备份等,会带来大量的Disk IO操作

SQL Server只会读取数据文件,只要数据缓存在内存中,理想情况下,SQL Server不会执行任何物理读操作,也不需要从物理Disk加载数据到内存,SQL Server执行读取操作性能和内存的缓存能力有直接关系,也和用户读取的数据量有关。

SQL Server的写操作分为写数据文件和写日志文件。写入日志文件的数据量,完全由数据修改量决定,和内存压力没有关系;写入数据文件的数量,主要和修改量有关。LazyWriter和内存压力有关系,一旦内存有压力,LazyWriter自动启动,负责清理最久未被访问的缓存,释放内存,增加可用的Free buffer数量。

因此,SQL Server请求的物理Disk的读操作数量和内存有直接关系,内存越充足,缓存的数据量越多,物理Disk的读操作的数量就会越少,逻辑读的数量不会减少;SQL Server请求的物理Disk的写操作数量和用户执行的数据修改量有直接关系,和内存是否存在压力关系很微小。在执行物理disk的读写请求时,SQL Server的查询进程产生PageIOLatch等待,表示进程正在执行物理读操作,该等待可以从DMV:sys.dm_exec_requests 查看到:

select r.session_id,    r.blocking_session_id as blocking,    r.wait_type as Current_Wait_Type,    r.wait_resource,     r.last_wait_type,    r.wait_time,    r.status,    r.command,    r.cpu_time,r.reads,r.writes,r.logical_reads,    r.total_elapsed_time,    r.start_time,    db_name(r.database_id) as database_name,    SUBSTRING( st.text,           r.statement_start_offset/2+1,          (  CASE WHEN r.statement_end_offset = -1                 THEN LEN(CONVERT(NVARCHAR(MAX), st.text))              ELSE (r.statement_end_offset - r.statement_start_offset)/2            END           )        ) as IndividualQueryStatementfrom sys.dm_exec_requests router APPLY sys.dm_exec_sql_text(r.sql_handle) as stwhere (r.wait_type<>'MISCELLANEOUS' or r.wait_type is null)  and r.session_id>50  and r.session_id<>@@spid

View Code

PageIOLatch 等待:表示进程正在从物理Disk加载数据到内存,即进程在进行物理读操作,从Reads字段能够看到物理读的数量

WriteLog 等待:表示事务正在修改数据,SQL Server将预先将事务日志记录写入到事务日志文件

 

参考文档:

Memory - Lazy Writer and Checkpoint

SQL Server disk performance metrics – Part 1 – the most important disk performance metrics

Measuring Disk Latency with Windows Performance Monitor (Perfmon)