SQL Server資源管理之內存管理篇（上）
對SQL Server來說，最重要的資源是內存、Disk和CPU，其中內存又是重中之重，因為SQL Server為了性能要求，會將它所要訪問的數據全部（只要內存足夠）放到緩存中。這篇就來介紹SQL Server的內存管理體系。
SQL Server作為Windows上運行的應用程序，必須接受Windows的資源管理，利用Windows的API來申請和調度各類資源。但是，由于Windows的資源管理體系，是為了滿足大多數的應用程序所設計的，這對于SQL Server這種定位于企業級、支持多用戶和高并發性的數據庫應用程序來說不是很適合，為此SQL Server開發了自己的一套資源管理體系——SQLOS(SQL操作系統)。也就是說SQL Server的資源管理分兩層，第一層是在Windows上，通過Windows的API來申請資源。第二層是在SQL Server上，利用SQLOS來決定如何使用從Windows那里申請來的資源。
一、操作系統層面的SQL Server內存管理
由于SQL server的內存是通過Windows的API來申請的，如果Windows自己本身就缺少內存，SQL Server由于申請不到內存，性能自然受影響。因此做SQL Server的內存檢測，第一步就是查看系統層面的內存，以確保系統本身不缺內存，這一步簡單但是必不可少。這里先介紹Windows的一些內存管理理念，然后介紹如何檢查系統的內存情況。
1、Windows的一些內存術語
Virtual Address Space（虛擬地址空間）：應用程序能夠申請訪問的最大地址空間。對于32位的服務器，地址尋址空間為2的32次方，也就是4GB，但是這4GB并不是都給SQL Server使用的，默認情況下是用戶態2GB，核心態2GB，所以說對于32位的系統SQL Server只有2GB的內存可供使用。不過可以通過設置/3GB boot.int參數，來調整系統的配置，使用戶態為3GB，核心態為1GB。或者開啟AWE（地址空間擴展），將尋址空間擴展為64GB，不過該設置有缺陷，下面會分析。
Physical Memory（物理內存）：也就是通常所說的電腦的內存大小。
Reserved Memory（保留地址）：應用程序訪問內存的方式之一，先保留（Reserve）一塊內存地址空間，留著將來使用（SQL Server中的數據頁面使用的內存就是通過這個方式申請 的）。被保留的地址空間，不能被其他程序訪問，不然會出現訪問越界的報錯提示。
Committed Memory（提交內存）：將保留（Reserve）的內存頁面正式提交（Commit）使用。
Shared Memory（共享內存）：對一個以上進程可見的內存。
Private Bytes（私有內存）：某進程提交的地址空間中，非共享的部分。
Working Set：進程的地址空間中存放在物理內存中的部分。
Page Fault（頁面訪問錯誤）：訪問在虛擬地址空間，但不存在于Working Set中會發生Page Fault。這個又分兩種情況，第一種是目標頁面在硬盤上，這鐘訪問會帶來硬盤讀寫，這種稱為Hard Fault。另外一種是目標頁面在物理內存中，但是不是該進程的Working Set下，Windows只需要重新定向一下，成為Soft Fault。由于Soft Hard不帶來硬盤讀寫，對系統的性能影響很小，因此管理員關心的是Hard Fault。
System Working Set：Windows系統的Working Set。
2、Windows的內存檢測
可以通過Windows的性能監視器來檢測Windows的內存使用情況，如何使用性能監視器，可以看這篇文章《使用“性能監視器”監視系統性能/運行情況》 。在檢測內存上，比較重要的計數器有下面一些：
分析Windows系統的內存總體使用情況的計數器：
Memory：Available MBytes：系統中空閑的物理內存數。
Memory：Pages/Sec：由于Hard Page的發生，每秒鐘從硬盤中讀取或者寫入的頁面數。該計數器等于Memory：Pages Input/Sec與Memory：Pages Output/Sec之和。
分析Windows系統自身的內存使用情況的計數器：
Memory：Cache Bytes：系統的Working Set，也就是Windows系統使用的物理內存數。
對于每個進程的內存使用情況的計數器：
Process：Private Bytes：進程提交的地址空間中非共享的部分。
Process：Working Set：進程的地址空間中存放在物理內存中的那部分。
從這些計數器中，我們可以看到系統中是否還有空閑內存，哪個進程使用的內存最多，在發生問題的時候是否有內存使用量突變等情況。這為接下來分析SQL Server的使用提供一個前提條件。
二、SQL Server內部的內存管理
1、內存使用分類
按用途分類
1）Database cache（數據頁面）。SQL Server中的頁面都是以8KB為一個頁面存儲的。當SQL Server需要用到某個頁面時，它會將該頁面讀到內存中，使用完后會緩存在內存中。在內存沒有壓力的情況下，SQL Server不會將頁面從內存中刪除。如果SQL Server感覺到內存的壓力時，會將最長時間沒有使用的頁面從內存中刪除來空出內存。
2）各類Consumer（功能組件）
Connection的連接信息
General：一組大雜燴。語句的編譯、范式化、每個鎖數據結構、事務上下文、表格和索引的元數據等
Query Plan：語句和存儲過程的執行計劃。和Database cache類似，SQL Server也會將執行計劃緩存以供將來使用，減少編譯時間。
Optimizer：生成執行計劃的過程中消耗的內存。
Utilities：像BCP、Log Manager、Backup等比較特殊的操作消耗的內存。
3）線程內存：存放進程內每個線程的數據結構和相關信息消耗的內存，每個線程需0.5MB的內存。
4）第三方代碼消耗的內存：SQL Server的進程里，會運行一些非SQL Server自身的代碼。例如：用戶定義的CLR或Extended Stored Procedure代碼。
按申請方式分類
1）預先Reserve一塊大的內存，然后在使用的時候一塊一塊的Commit。Database Page是按這種方式申請的。
2）直接用Commit方式申請的內存，成為Stolen方式。除了Database Page之外其他內存基本都是按這種方式申請的。
按申請內存的大小分類
1）申請小于等于8KB為一個單位的內存，這些內存稱為Buffer Pool
2）申請大于8KB為一個單位的內存，這些內存稱為Multi-Page（或MemToLeave）
SQL Server對于Database Page都是采用先Reserved后Commit的方式申請的，而數據頁都是以8KB為單位進行申請的。
對于Consumer中的內存申請，一般都是按Stolen方式申請的，且大多數的執行計劃的大小都是小于8KB的，少數特別復雜的存儲過程的執行計劃會超過8KB，默認的連接的數據包是4KB，除非客戶端特別設置了超過8KB（不建議）
第三方代碼的內存申請一般是按Stolen方式申請的，個別比如CLR中可能會用Reserved/Commit的方式申請。
線程的內存每個都以0.5MB的方式申請，自然是放在MemToLeave中。
之所以花了這么大篇幅來講SQL Server的內存分類，是因為SQL Server尤其是32位的SQL Server對不同種類的內存的申請大小是不一樣的，對Commit、Stolen和MemTOLeave等類型的內存是有限制的。因此會出現系統中還有空閑內存，但是SQL Server不會申請使用的現象。
2、各部分內存的大小限制
1）32位的Windows
在SQL Server啟動時，會預先分配好MemToLeave區域的大小。默認大小為256MB+256（SQL Server配置的允許最大線程數）* 0.5MB=384MB，因此Buffer Pool中的最大值為2GB-384MB=1.664G。如果使用了AWE技術，可以將系統的擴展地址空間達到64GB，但由于AWE擴展出來的地址只能用Reserved/Commit方式申請，為此MemToLeave的內存還是384MB，Buffer Pool中的Stolen的最大內存為1.664G，剩余的內存都可以為Database Page頁面使用。
2）64位的Windows
32位的SQL Server。由于64位的操作系統，核心態不再占用32位進程的虛擬地址空間，因此MemToLeave的大小還是為384MB，Buffer Pool可以達到3.664G。如果還開啟了AWE，這3.664GB可以全部用于Buffer Pool中的Stolen，剩余的內存都可以給Database Page頁面使用。不過這種情況很少見，哪里用64位操作系統的機器裝32位的哦-_- 。
64位的SQL Server。所有的內存都無限申請的，有需要就申請。
3、SQL Server內存使用情況的分析
一般來說有兩種方式，第一種就是用來分析系統內存情況時使用的用性能計數器來分析，第二種是使用動態管理視圖（DMV，只適用于SQL Server2005和2008）
1）SQL Server性能計數器
SQLServer：Memory Manager：Total Server Memory（KB)：SQL Server緩沖區提交的內存。不是SQL Server總的使用內存，只是Buffer Pool中的大小。
SQLServer：Memory Manager：Target Server Memory（KB）：服務器可供SQL Server使用的內存量。一般是由SQL Server能訪問到的內存量和SQL Server的sp_Configure配置中的Max Server Memory值中的較小值算得。
SQLServer：Memory Manger：Memory Grants Pending：等待內存授權的進程總數。如果該值不為0，說明當前有用戶的內存申請由于內存壓力被延遲，這意味著比較嚴重的內存瓶頸。
SQLServer：Buffer Manager：Buffer Cache Hit Ratio：數據從緩沖區中找到而不需要從硬盤中去取的百分比。SQL Server在運行一段時間后，該比率的變化應該很小，而且都應該在98%以上，如果在95%以下，說明有內存不足的問題。
SQLServer：Buffer Manager：Lazy Writes/Sec：每秒鐘被惰性編輯器（Lazy writer）寫入的緩沖數。當SQL Server感覺到內存壓力的時候，會將最久沒有使用的數據頁面和執行計劃從緩沖池中清理掉，做這個動作的就是Lazy Writer。
Page Life Expectancy：頁面不被引用后，在緩沖池中停留的秒數。在內存沒有壓力的情況下，頁面會一直待在緩沖池中，Page Life Expectancy會維持在一個比較高的值，如果有內存壓力時，Page Life Expectancy會下降。所以如果Page Life Expectancy不能維持在一個值上，就代表SQLServer有內存瓶頸。
SQLServer：Buffer Manager：Database Pages ：就是Database Cache的大小。
SQLServer：Buffer Manager：Free Pages：SQL Server中空閑可用的大小。
SQLServer：Buffer Manager：Stolen Pages：Buffer Pool中Stolen的大小。
SQLServer：Buffer Manager：Total Pages：Buffer Pool的總大小（等于Database Pages+Free Pages+Stolen Pages）。該值乘以8KB，應該等于Memory Manager：Total Server Memory的值。
從上面這些計數器中我們就能了解SQL Server的內存使用情況，結合前面說的系統層的計數器大概能看出是否存在內存瓶頸。
2）內存動態管理視圖
在SQL Server 2005以后，SQL Server的內存管理是使用Memory Clerk的方式統一管理。所有的SQL Server的內存的申請或釋放，都需要通過它們的Clerk，SQL Server也通過這些Clerk的協調來滿足不同需求。通過查詢這些DMV，可以得到比用性能計數器更加詳細的內存使用情況。
我們可以通過下面的查詢語句來檢測SQL Server的Clerk的內存使用情況。
使用sys.dm_os_memory_clerks查看內存使用情況
- SELECT type, --Clerk的類型
- sum(virtual_memory_reserved_kb) as vm_Reserved_kb, -- 保留的內存
- sum(virtual_memory_committed_kb) as vm_Committed_kb, --提交的內存
- sum(awe_allocated_kb) as awe_Allocated_kb, -- 開啟AWE后使用的內存
- sum(shared_memory_reserved_kb) as sm_Reserved_kb, -- 共享的保留內存
- sum(shared_memory_committed_kb) as sm_Committed_kb, -- 共享的提交內存
- sum(single_pages_kb) as SinlgePage_kb, -- Buffer Pool中的Stolen的內存
- sum(multi_pages_kb) as MultiPage_kb -- MemToLeave的內存
- FROM sys.dm_os_memory_clerks
- GROUP BY type
- ORDER BY type
從上面的查詢語句，我們可以算出前面提到的內存大小
- Reserved/Commit = sum(virtual_memory_reserved_kb) / sum(virtual_memory_committed_kb)
- Stolen = sum(single_pages_kb) + sum(multi_pages_kb)
- Buffer Pool = sum(virtual_memory_committed_kb) + sum(single_pages_kb)
- MemToLeave = sum(multi_pages_kb)
通過上面的介紹我們可以知道SQL Server總體和各部分內存的使用情況，如果我想知道數據頁的緩存中到底緩存了哪些數據，這些數據是屬于哪個數據庫的哪個表中的呢？執行計劃又是緩存了哪些語句的執行計劃呢？這也可以通過DMV查看的到。
查看內存中的數據頁面緩存的是哪個數據庫的哪個表格的數據
- declare @name nvarchar(100)
- declare @cmd nvarchar(1000)
- declare dbnames cursor for
- select name from master.dbo.sysdatabases
- open dbnames
- fetch next from dbnames into @name
- while @@fetch_status = 0
- begin
- set @cmd = 'select b.database_id, db=db_name(b.database_id),p.object_id,p.index_id,buffer_count=count(*) from '
- --這里的object_id代表是SQL Server中的對象號,index_id代表是索引號,buffer_count代表的是頁面數
- + @name + '.sys.allocation_units a, '
- + @name + '.sys.dm_os_buffer_descriptors 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 dbnames into @name
- end
- close dbnames
- deallocate dbnames
- go
-- 根據上面取出來的@object_id找出是哪個數據庫的哪個表
- SELECT s.name AS table_schema, o.name as table_name --使用的就是table_schema.table_name表
- FROM sys.sysobjects AS o INNER JOIN
- sys.schemas AS s ON o.uid = s.schema_id
- WHERE (o.id = @object_id)
-- 根據上面取出來的@object_id和@index_id找出索引的名稱
- SELECT id, indid, name as index_name -- index_name就是索引的名稱
- FROM sys.sysindexes
- WHERE (id = @object_id) AND (indid = @index_id)
-- 根據上面取出來的表名table_schema.table_name和索引的名稱index_name，還可以找出該索引是建立在哪些字段上的
- EXEC sp_helpindex 'table_schema.table_name'
查看內存中緩存的執行計劃，以及執行計劃對應的語句：
-- 輸出可能較大，請小心使用
- SELECT usecounts, refcounts, size_in_bytes, cacheobjtype, objtype, text
- FROM sys.dm_exec_cached_plans cp CROSS APPLY sys.dm_exec_sql_text(plan_handle)
- ORDER BY objtype DESC
寫了這么多竟然發現大多數講的還是數據收集的這一部分，相應的解決辦法還沒有講到。。。由于文章太長，具體的解決方法將在下一篇講解，下一篇將從Database Page、Stolen和Multi-Page三部分的具體瓶頸來講解。
原文鏈接：http://www.cnblogs.com/caspnet/archive/2011/02/21/1959539.html
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