SQL Server性能調(diào)優(yōu)之緩存

在執(zhí)行任何查詢時，SQL Server都會將數(shù)據(jù)讀取到內(nèi)存，數(shù)據(jù)使用之后，不會立即釋放，而是會緩存在內(nèi)存Buffer中，當再次執(zhí)行相同的查詢時，如果所需數(shù)據(jù)全部緩存在內(nèi)存中，那么SQL Server不會產(chǎn)生Disk IO操作，立即返回查詢結(jié)果，這是SQL Server的性能優(yōu)化機制。

一，主要的內(nèi)存消費者（Memory Consumer)

1，數(shù)據(jù)緩存（Data Cache）

Data Cache是存儲數(shù)據(jù)頁（Data Page）的緩沖區(qū)，當SQL Server需要讀取數(shù)據(jù)文件（File）中的數(shù)據(jù)頁（Data Page）時，SQL Server會把整個Page都調(diào)入內(nèi)存（內(nèi)存中的一個Page叫做buffer），Page是數(shù)據(jù)訪問的最小單元。

當用戶修改了某個Page上的數(shù)據(jù)時，SQL Server 會先在內(nèi)存中修改Buffer，但是不會立即將這個數(shù)據(jù)葉寫回硬盤，而是等到CheckPoint或lazy Writer進程運行時集中處理。當用戶讀取某個Page后，如果SQL Server沒有內(nèi)存壓力，它不會在內(nèi)存中刪除這個Page，因為內(nèi)存中的數(shù)據(jù)頁始終存放著數(shù)據(jù)的最新狀態(tài)，如果有其他用戶使用這個Page，SQL Server 不需要從硬盤中讀取一次，節(jié)省語句執(zhí)行的時間。理想情況是SQL Server將用戶需要訪問的所有數(shù)據(jù)都緩存在內(nèi)存中，SQL Server 永遠不需要去硬盤讀取數(shù)據(jù)，只需要在CheckPoint 或 lazy Write運行時把修改過的頁面寫回硬盤即可

2，查詢計劃緩存（Query Plan Cache）

存儲查詢語句和存儲過程的執(zhí)行計劃，以供重用，而不需要重新編譯（Compile），因為編譯查詢語句產(chǎn)生執(zhí)行計劃是一個非常耗費資源的過程。

二，查看內(nèi)存消耗

在SQL Server中，只有內(nèi)存書記員（Memory Clerk）能夠分配內(nèi)存，Memory Clerk會記錄已經(jīng)分配內(nèi)存的數(shù)量，任何一個需要使用內(nèi)存的對象，必須創(chuàng)建自己的Memory Clerk，并使用該Memory clerk來分配內(nèi)存。

1，查看Memory clerk分配的內(nèi)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'

對于內(nèi)存結(jié)點64，只在DAC中使用。

2，統(tǒng)計Memory Clerk分配的內(nèi)存總量

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

消耗內(nèi)存較大的Clerk是：

• MEMORYCLERK_SQLBUFFERPOOL：基本是Buffer Pool中page的大小
• OBJECTSTORE_LOCK_MANAGER：鎖結(jié)構(gòu)使用的內(nèi)存，當發(fā)生嚴重的鎖阻塞時，這表明系統(tǒng)中，存儲大量鎖，造成鎖管理占用大量的內(nèi)存；
• CACHESTORE_OBJCP：觸發(fā)器和存儲過程等模塊（Module）的執(zhí)行計劃占用的緩存空間；
• CACHESTORE_SQLCP：動態(tài)TSQL語句，即席（Adhoc）查詢和預編譯（Prepared） TSQL的執(zhí)行計劃緩存；
• CACHESTORE_COLUMNSTOREOBJECTPOOL：列存儲索引（ColumnStore Index）占用的緩存

3，查看緩存中的數(shù)據(jù)頁

當數(shù)據(jù)頁從硬盤讀取到內(nèi)存之后，該數(shù)據(jù)頁被復制到緩沖池（Buffer Pool），供SQL Server重用。每個緩存的數(shù)據(jù)頁都有一個緩存描述器（Buffer Descriptor），用戶唯一標識內(nèi)存中的數(shù)據(jù)頁，在SQL Server實例中緩存的每一個數(shù)據(jù)頁，都能從 sys.dm_os_buffer_descriptors 查看緩存描述的信息。

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，查看計劃緩存

產(chǎn)生執(zhí)行計劃是十分消耗CPU資源的，SQL Server會在內(nèi)存的Plan Cache中存儲每個查詢計劃（Query Plan），及其占用的內(nèi)存空間，重用次數(shù)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，清空緩存

在調(diào)優(yōu)存儲過程性能時，清空緩存是必需的，緩沖池（Buffer Pool）是SQL Server的緩存管理器，包含了SQL Server的絕大部分緩存數(shù)據(jù)（Cache），例如，執(zhí)行計劃緩存（Plan cache），數(shù)據(jù)緩存（Data cache）等。

清空緩存常用的命令有如下三個：

CHECKPOINT
DBCC DROPCLEANBUFFERS
DBCC FREEPROCCACHE

Checkpoint和DBCC DROPCLEANBUFFERS 用于清理數(shù)據(jù)緩存（Data Cache）中的臟頁（dirty pages）和干凈頁（clean pages），而DBCC FREEPROCCACHE 用于清空所有的計劃緩存（Plan Cache）。

1，清空數(shù)據(jù)緩存

checkpoint 用于將臟頁（Dirty Pages）寫入硬盤，臟頁（Dirty Pages）是指數(shù)據(jù)頁讀入緩存后，被修改過，導致內(nèi)存中數(shù)據(jù)頁和硬盤中的數(shù)據(jù)頁中的內(nèi)容不同；干凈頁（Clean Pages）是指數(shù)據(jù)頁被讀入緩存后，沒有被修改過，所以，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)頁和硬盤中的數(shù)據(jù)頁中的內(nèi)容相同。不管是Dirty pages 還是 Clean pages 都是Data Cache，在性能調(diào)優(yōu)時，都必須從內(nèi)存中清理掉，否則，查詢性能將忽略掉數(shù)據(jù)從硬盤加載到內(nèi)存的IO消耗，影響查詢語句的執(zhí)行情況。

CHECKPOINT 命令用于產(chǎn)生冷緩存（Cold buffer Cache），該命令將當前數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生的所有臟頁寫入到硬盤，并清理內(nèi)存buffer；在執(zhí)行CHECKPOINT命令之后，執(zhí)行 DBCC DROPCLEANBUFFERS 用于從緩沖池中清空所有的干凈頁。

在性能測試時，使用DBCC DROPCLEANBUFFERS從SQLSERVER的數(shù)據(jù)緩存池中清除所有的clean緩存數(shù)據(jù)，需要注意的是該命令只移走干凈的緩存，不移走臟緩存。因此，在執(zhí)行這個命令前，應該先執(zhí)行CheckPoint，將所有臟頁寫入磁盤，這樣在運行DBCC RROPCLEANBUFFERS 時，可以保證所有的數(shù)據(jù)緩存被清理，而不是其中的一部分。

2，清空計劃緩存

計劃緩存（Plan Cache）用于緩存查詢語句的執(zhí)行計劃，每一條查詢語句在執(zhí)行之后，其查詢計劃都會緩存Plan Cache中。在產(chǎn)品環(huán)境中，不要輕易清理掉Plan Cache。如果檢測到某個Plan Cache產(chǎn)生參數(shù)嗅探問題，導致性能十分低下，推薦修改查詢語句，重新編譯存儲過程，以單獨刷新該SP的計劃緩存。

DBCC FREEPROCCACHE [ ( { plan_handle | sql_handle} ) ]

計劃緩存，之前叫做過程緩存（procedure cache），執(zhí)行DBCC FREEPROCCACHE 命令，釋放所有的計劃緩存，這回導致存儲過程，AdHoc 查詢等查詢必須重新編譯，產(chǎn)生新的計劃緩存。

四，強制重新編譯執(zhí)行計劃

修改存儲過程，觸發(fā)器等模塊（Module）能夠使其執(zhí)行計劃重新編譯，除此之外，還有其他方法，能夠強制重新編譯執(zhí)行計劃

1，標記，下次重新編譯

使用該存儲過程，標記一個執(zhí)行模塊（SP，Trigger，User-Defined Function）在下次執(zhí)行時，重新編譯執(zhí)行計劃

sys.sp_recompile [ @objname = ] 'object'

2，不復用執(zhí)行計劃

在創(chuàng)建存儲過程時，使用WITH RECOMPILE 選項，在每次執(zhí)行SP時，都重新編譯，使用新的執(zhí)行計劃。

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

3，執(zhí)行時重新編譯

在執(zhí)行存儲過程時，重新編譯存儲過程的執(zhí)行計劃

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

4，語句級別的重新編譯

在SP中，使用查詢選項 option（recompile），只重新編譯該語句級別的執(zhí)行計劃

select column_name_list
from dbo.tablename
option(recompile)

SQL Server在執(zhí)行查詢之后，查詢提示（RECOMPILE）指示存儲引擎將計劃緩存拋棄，在下次執(zhí)行存儲過程時，強制查詢優(yōu)化器重新編譯，生成新的執(zhí)行計劃。在重新編譯時，SQL Server 優(yōu)化器使用當前的變量值生成新的計劃緩存。

附：

冷緩存，熱緩存，臟緩存和干凈緩存名詞解釋：

• 凈緩存頁（Clean Buffer） 是指內(nèi)存中未被修改的數(shù)據(jù)頁，DBCC DROPCLEANBUFFERS 用于從緩沖池（Buffer Pool）移除干凈頁，釋放Buffer。
• 臟緩存頁（Dirty Buffer）是指數(shù)據(jù)頁在內(nèi)存中被修改，但是還沒有寫入到硬盤中，導致硬盤中的數(shù)據(jù)不同于內(nèi)存，通常情況下，臟頁通過CHECKPOINT進程來自動同步，CHECKPOINT 將臟頁數(shù)據(jù)寫入到硬盤中，使內(nèi)存和硬盤文件中的數(shù)據(jù)保持一致，能夠減少數(shù)據(jù)還原的時間。
• 冷緩存頁（Cold Buffer）是指，在數(shù)據(jù)處理階段，最近沒有被使用的緩存頁。
• 熱緩存頁（Hot Buffer）是指，在數(shù)據(jù)處理階段，最近經(jīng)常被使用的緩存頁。

參考文檔：

Recompile a Stored Procedure

What is a COLD, DIRTY or CLEAN Buffer

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