Performance Monitor4：監控SQL Server的IO性能

SQL Server的IO性能受到物理Disk的IO延遲和SQL Server內部執行的IO操作的影響。在監控Disk性能時，最主要的度量值（metric）是IO延遲，IO延遲是指從Application創建IO請求，到Disk完成IO請求的時間延遲。如果物理Disk不能及時完成IO請求，跟不上請求負載的速度，那麽SQL Server就容易出現性能問題。SQL Server內部在執行一些特定的操作時，會和Disk做讀寫交互，這也會影響物理硬盤響應SQL Server的IO請求的性能，使查詢進程處於PageIOLatch或WriteLog等待。

一，在系統級別監控物理Disk的IO性能

1，監控物理Disk的IO延遲

在Windows級別上對Physical Disk的IO延遲進行分析，主要依賴於Performance Monitor的計數器，衡量物理Disk的IO延遲的計數器主要有三個：

• Avg. Disk sec/Transfer：Disk每一次讀寫操作所用的平均時間
• Avg. Disk sec/Read：Disk每一次讀操作所用的平均時間 
• Avg. Disk sec/Write：Disk每一次寫操作所用的平均時間

avg.Disk sec/(Transfer,Read,Write)，能夠很好的反映Disk的IO速度，推薦的衡量Disk的IO速度的基線（baseline）:

• 很快：<10ms
• 一般：10-20ms
• 有點慢：20-50ms
• 非常慢：>50ms

2，分析Data Collector收集的計數器數值

下圖是產品環境中一臺Server的計數器數值圖表，將IO延遲的度量值按比例放大1000倍，這樣圖表顯示的單位就是ms。

• %Idle Time：在60%左右浮動，說明Disk不是很忙碌
• Avg.Disk sec/Write：大多數情況下都是10ms以下，偶爾波動，說明Disk的寫延遲比較低
• Avg.Disk sec/Read：讀延遲大多數情況下都是在40ms以上，鮮有低於40ms，偶爾達到峰值，說明Disk的讀延遲非常高
• Avg.Disk sec/Transfer：讀寫延遲的均值在30ms左右，時有波動，在%Idle Time曲線不波動時，Disk的讀寫延遲也有波動，說明Disk的讀寫延遲不穩定

初步判斷，Disk的讀寫延遲非常高，Disk的IO性能較差，IO速度慢

3，監控物理Disk的IO次數

根據Disk的IO次數來界定Disk性能，沒有統一的閾值，一般通過監控計數值來獲取一個趨勢，設置一個基線，如果在Disk比較忙碌時，遇到異常的谷值，那麽就需要查看是否出現參數嗅探問題和Disk IO密集的查詢，異常的谷值一般是由查詢語句請求的數據量太多造成的，需要對查詢語句進行性能調優。

系統級經常用到的Disk性能計數器是PhysicalDisk計數器：

• Avg. Disk Queue Length ：提供Disk阻塞程度的主要度量值，表示在 sample interval期間，Disk等待處理的IO請求隊列的平均長度，即等待被Disk處理的IO請求的數量
• % Idle Time：Disk的空閑程度，可以反推出Disk的忙碌程度
• Disk (Reads/Writes/Transfers)/sec：每秒Disk執行讀寫操作數量

隊列長度波動很大，在%Idle Time 升高時，IO數量降低，沒有發現明顯的異常谷值。

4，監控物理Disk讀寫的數據量

這幾個計數值，對監控物理Disk的讀寫性能，意義不大，僅僅作為參考。

• Avg.Disk Bytes/(Read,Write,Transfer)表示：在物理Disk執行讀寫操作時，物理Disk從Disk讀取到內存的字節數量，從內存寫入到Disk的字節數量，以及兩者的總字節數量
• Disk Bytes/sec：在物理Disk執行讀寫操作時，數據從Disk傳輸到內存，或從內存寫入到Disk的字節速度，好的Disk，其值在20-40MB之間，一般Disk，其值在20MB以下

二，SQL Server內部操作對Disk IO性能的影響

SQL Server能夠緩存從Disk加載的數據頁，正常情況下，大部分操作不需要任何物理讀操作，不需要Disk的物理IO參與就能完成，但是，有一些操作，必須和物理Disk進行IO操作，才能完成。SQL Server和物理Disk進行IO交互的操作：

• 對於內存中沒有緩存的數據，第一次訪問時，需要將數據從數據文件讀取到內存中，SQL Server訪問的任何數據必須緩存到內存中，如果不在內存中，SQL Server發送讀請求，將數據頁從物理Disk讀取到內存中，這個過程叫做物理讀；如果數據存在於內存中，SQL Server直接訪問，這個過程叫做邏輯讀。
• 在任何修改操作提交之前，預寫事務日誌記錄到日誌文件，在CheckPoint和LazyWriter運行時，數據被寫入數據文件。
• 執行CheckPoint時，將緩存中的臟頁寫入數據文件，臟頁是指載入內存之後被修改過的數據頁，內存中的數據和數據文件中的數據不一致，由CheckPoint觸發的物理寫操作和內壓沒有關系，和用戶修改的數據量有關，用於控制還原的時間間隔。
• 當Buffer Pool空間不足，Free Buffer List減少到臨界值時，LazyWriter進程主動將內存中的一些很久沒有訪問過數據頁面和執行計劃清空，如果數據頁面是臟頁，那麽將其寫入到數據文件，LazyWriter和內存壓力有關，由於內存可用的Free Buffer不足導致LazyWriter進程執行清理操作。
• IO密集型操作，比如檢查數據庫的一致性（DBCC CheckDB），重建索引，更新統計信息，數據庫備份等，會帶來大量的Disk IO操作

SQL Server只會讀取數據文件，只要數據緩存在內存中，理想情況下，SQL Server不會執行任何物理讀操作，也不需要從物理Disk加載數據到內存，SQL Server執行讀取操作性能和內存的緩存能力有直接關系，也和用戶讀取的數據量有關。

SQL Server的寫操作分為寫數據文件和寫日誌文件。寫入日誌文件的數據量，完全由數據修改量決定，和內存壓力沒有關系；寫入數據文件的數量，主要和修改量有關。LazyWriter和內存壓力有關系，一旦內存有壓力，LazyWriter自動啟動，負責清理最久未被訪問的緩存，釋放內存，增加可用的Free buffer數量。

因此，SQL Server請求的物理Disk的讀操作數量和內存有直接關系，內存越充足，緩存的數據量越多，物理Disk的讀操作的數量就會越少，邏輯讀的數量不會減少；SQL Server請求的物理Disk的寫操作數量和用戶執行的數據修改量有直接關系，和內存是否存在壓力關系很微小。在執行物理disk的讀寫請求時，SQL Server的查詢進程產生PageIOLatch等待，表示進程正在執行物理讀操作，該等待可以從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 IndividualQueryStatement
from sys.dm_exec_requests r
outer APPLY sys.dm_exec_sql_text(r.sql_handle) as st
where (r.wait_type<>'MISCELLANEOUS' or r.wait_type is null)
    and r.session_id>50
    and r.session_id<>@@spid

PageIOLatch 等待：表示進程正在從物理Disk加載數據到內存，即進程在進行物理讀操作，從Reads字段能夠看到物理讀的數量

WriteLog 等待：表示事務正在修改數據，SQL Server將預先將事務日誌記錄寫入到事務日誌文件

參考文檔：

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)

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