SQL Server性能调优之缓存

在执行任何查询时,SQL Server都会将数据读取到内存,数据使用之后,不会立即释放,而是会缓存在内存Buffer中,当再次执行相同的查询时,如果所需数据全部缓存在内存中,那么SQL Server不会产生Disk IO操作,立即返回查询结果,这是SQL Server的性能优化机制。

一,主要的内存消费者(Memory Consumer)

1,数据缓存(Data Cache)

Data Cache是存储数据页(Data Page)的缓冲区,当SQL Server需要读取数据文件(File)中的数据页(Data Page)时,SQL Server会把整个Page都调入内存(内存中的一个Page叫做buffer),Page是数据访问的最小单元。

当用户修改了某个Page上的数据时,SQL Server 会先在内存中修改Buffer,但是不会立即将这个数据叶写回硬盘,而是等到CheckPoint或lazy Writer进程运行时集中处理。当用户读取某个Page后,如果SQL Server没有内存压力,它不会在内存中删除这个Page,因为内存中的数据页始终存放着数据的最新状态,如果有其他用户使用这个Page,SQL Server 不需要从硬盘中读取一次,节省语句执行的时间。理想情况是SQL Server将用户需要访问的所有数据都缓存在内存中,SQL Server 永远不需要去硬盘读取数据,只需要在CheckPoint 或 lazy Write运行时把修改过的页面写回硬盘即可

2,查询计划缓存(Query Plan Cache)

存储查询语句和存储过程的执行计划,以供重用,而不需要重新编译(Compile),因为编译查询语句产生执行计划是一个非常耗费资源的过程。

二,查看内存消耗

在SQL Server中,只有内存书记员(Memory Clerk)能够分配内存,Memory Clerk会记录已经分配内存的数量,任何一个需要使用内存的对象,必须创建自己的Memory Clerk,并使用该Memory clerk来分配内存。

1,查看Memory clerk分配的内存量

select memory_node_id,
 type,
 pages_kb,
 virtual_memory_reserved_kb,
 virtual_memory_committed_kb,
 shared_memory_reserved_kb,
 shared_memory_committed_kb,
 page_size_in_bytes
from sys.dm_os_memory_clerks
where type = 'MEMORYCLERK_SQLQERESERVATIONS'

对于内存结点64,只在DAC中使用。

2,统计Memory Clerk分配的内存总量

select mc.type,mc.name,
 sum(mc.pages_kb) as AllocatedPages_KB,
 sum(mc.virtual_memory_reserved_kb) as VM_Reserved_KB,
 sum(mc.virtual_memory_committed_kb) as VM_Committed_KB,
 --sum(mc.shared_memory_reserved_kb) as ShareMem_Reserved_KB,
 --sum(mc.shared_memory_committed_kb) as ShareMem_Committed_KB,
 max(mc.page_size_in_bytes)/1024 as SinglePageSize_KB
from sys.dm_os_memory_clerks mc
group by mc.type,mc.name
order by AllocatedPages_KB desc,mc.type,mc.name

消耗内存较大的Clerk是:

  • MEMORYCLERK_SQLBUFFERPOOL:基本是Buffer Pool中page的大小
  • OBJECTSTORE_LOCK_MANAGER:锁结构使用的内存,当发生严重的锁阻塞时,这表明系统中,存储大量锁,造成锁管理占用大量的内存;
  • CACHESTORE_OBJCP:触发器和存储过程等模块(Module)的执行计划占用的缓存空间;
  • CACHESTORE_SQLCP:动态TSQL语句,即席(Adhoc)查询和预编译(Prepared) TSQL的执行计划缓存;
  • CACHESTORE_COLUMNSTOREOBJECTPOOL:列存储索引(ColumnStore Index)占用的缓存

3,查看缓存中的数据页

当数据页从硬盘读取到内存之后,该数据页被复制到缓冲池(Buffer Pool),供SQL Server重用。每个缓存的数据页都有一个缓存描述器(Buffer Descriptor),用户唯一标识内存中的数据页,在SQL Server实例中缓存的每一个数据页,都能从 sys.dm_os_buffer_descriptors 查看缓存描述的信息。

select DB_NAME(bd.database_id) as dbname,
 OBJECT_NAME(p.object_id) as ObjectName,
 i.name as IndexName,
 count(0) as BufferCounts,
 sum(bd.free_space_in_bytes)/1024 as TotalFreeSpace_KB,
 cast(sum(bd.free_space_in_bytes)/(8*1024.0)/count(0) as decimal(10,4))*100 as FreeSpaceRatio,
 sum(cast(bd.is_modified as int)) as TotalDirtyPages,
 sum(bd.row_count) as TotalRowCounts
from sys.allocation_units au
inner join sys.dm_os_buffer_descriptors bd
 on au.allocation_unit_id=bd.allocation_unit_id
inner join sys.partitions p
 on au.container_id=p.hobt_id
inner join sys.indexes i
 on p.object_id=i.object_id and p.index_id=p.index_id
inner join sys.objects o
 on p.object_id=o.object_id
where bd.database_id=DB_ID(N'database_name')
 and o.type<>N'S'
group by bd.database_id,p.object_id,i.name
order by BufferCounts desc,dbname,ObjectName

4,查看计划缓存

产生执行计划是十分消耗CPU资源的,SQL Server会在内存的Plan Cache中存储每个查询计划(Query Plan),及其占用的内存空间,重用次数等信息。

select cp.objtype,cp.cacheobjtype,
 sum(cp.size_in_bytes) as TotalSize_B,
 COUNT(cp.bucketid) as CacheCounts,
 sum(cp.refcounts) as TotalRefCounts,
 sum(cp.usecounts) as TotalUseCounts
from sys.dm_exec_cached_plans cp
group by cp.objtype,cp.cacheobjtype
order by TotalSize_B desc

三,清空缓存

在调优存储过程性能时,清空缓存是必需的,缓冲池(Buffer Pool)是SQL Server的缓存管理器,包含了SQL Server的绝大部分缓存数据(Cache),例如,执行计划缓存(Plan cache),数据缓存(Data cache)等。

清空缓存常用的命令有如下三个:

CHECKPOINT
DBCC DROPCLEANBUFFERS
DBCC FREEPROCCACHE

Checkpoint和DBCC DROPCLEANBUFFERS 用于清理数据缓存(Data Cache)中的脏页(dirty pages)和干净页(clean pages),而DBCC FREEPROCCACHE 用于清空所有的计划缓存(Plan Cache)。

1,清空数据缓存

checkpoint 用于将脏页(Dirty Pages)写入硬盘,脏页(Dirty Pages)是指数据页读入缓存后,被修改过,导致内存中数据页和硬盘中的数据页中的内容不同;干净页(Clean Pages)是指数据页被读入缓存后,没有被修改过,所以,内存中的数据页和硬盘中的数据页中的内容相同。不管是Dirty pages 还是 Clean pages 都是Data Cache,在性能调优时,都必须从内存中清理掉,否则,查询性能将忽略掉数据从硬盘加载到内存的IO消耗,影响查询语句的执行情况。

CHECKPOINT 命令用于产生冷缓存(Cold buffer Cache),该命令将当前数据库产生的所有脏页写入到硬盘,并清理内存buffer;在执行CHECKPOINT命令之后,执行 DBCC DROPCLEANBUFFERS 用于从缓冲池中清空所有的干净页。

在性能测试时,使用DBCC DROPCLEANBUFFERS从SQLSERVER的数据缓存池中清除所有的clean缓存数据,需要注意的是该命令只移走干净的缓存,不移走脏缓存。因此,在执行这个命令前,应该先执行CheckPoint,将所有脏页写入磁盘,这样在运行DBCC RROPCLEANBUFFERS 时,可以保证所有的数据缓存被清理,而不是其中的一部分。

2,清空计划缓存

计划缓存(Plan Cache)用于缓存查询语句的执行计划,每一条查询语句在执行之后,其查询计划都会缓存Plan Cache中。在产品环境中,不要轻易清理掉Plan Cache。如果检测到某个Plan Cache产生参数嗅探问题,导致性能十分低下,推荐修改查询语句,重新编译存储过程,以单独刷新该SP的计划缓存。

DBCC FREEPROCCACHE [ ( { plan_handle | sql_handle} ) ]

计划缓存,之前叫做过程缓存(procedure cache),执行DBCC FREEPROCCACHE 命令,释放所有的计划缓存,这回导致存储过程,AdHoc 查询等查询必须重新编译,产生新的计划缓存。

四,强制重新编译执行计划

修改存储过程,触发器等模块(Module)能够使其执行计划重新编译,除此之外,还有其他方法,能够强制重新编译执行计划

1,标记,下次重新编译

使用该存储过程,标记一个执行模块(SP,Trigger,User-Defined Function)在下次执行时,重新编译执行计划

sys.sp_recompile [ @objname = ] 'object'

2,不复用执行计划

在创建存储过程时,使用WITH RECOMPILE 选项,在每次执行SP时,都重新编译,使用新的执行计划。

CREATE PROCEDURE dbo.usp_procname
 @Parameter_Name varchar(30) = 'Parameter_default_value'
WITH RECOMPILE

3,执行时重新编译

在执行存储过程时,重新编译存储过程的执行计划

exec dbo.usp_procname @Parameter_name='Parameter_value'
WITH RECOMPILE

4,语句级别的重新编译

在SP中,使用查询选项 option(recompile),只重新编译该语句级别的执行计划

select column_name_list
from dbo.tablename
option(recompile)

SQL Server在执行查询之后,查询提示(RECOMPILE)指示存储引擎将计划缓存抛弃,在下次执行存储过程时,强制查询优化器重新编译,生成新的执行计划。在重新编译时,SQL Server 优化器使用当前的变量值生成新的计划缓存。

附:

冷缓存,热缓存,脏缓存和干净缓存名词解释:

  • 净缓存页(Clean Buffer) 是指内存中未被修改的数据页,DBCC DROPCLEANBUFFERS 用于从缓冲池(Buffer Pool)移除干净页,释放Buffer。
  • 脏缓存页(Dirty Buffer)是指数据页在内存中被修改,但是还没有写入到硬盘中,导致硬盘中的数据不同于内存,通常情况下,脏页通过CHECKPOINT进程来自动同步,CHECKPOINT 将脏页数据写入到硬盘中,使内存和硬盘文件中的数据保持一致,能够减少数据还原的时间。
  • 冷缓存页(Cold Buffer)是指,在数据处理阶段,最近没有被使用的缓存页。
  • 热缓存页(Hot Buffer)是指,在数据处理阶段,最近经常被使用的缓存页。

参考文档:

Recompile a Stored Procedure

What is a COLD, DIRTY or CLEAN Buffer

以上就是本文的全部内容,希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助,同时也希望多多支持我们!

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