對SQL Server來說，最重要的資源是內(nèi)存、Disk和CPU，其中內(nèi)存又是重中之重，因?yàn)镾QL Server為了性能要求，會將它所要訪問的數(shù)據(jù)全部（只要內(nèi)存足夠）放到緩存中。這篇就來介紹SQL Server的內(nèi)存管理體系。

SQL Server作為Windows上運(yùn)行的應(yīng)用程序，必須接受Windows的資源管理，利用Windows的API來申請和調(diào)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(shù)的應(yīng)用程序所設(shè)計的，這對于SQL Server這種定位于企業(yè)級、支持多用戶和高并發(fā)性的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序來說不是很適合，為此SQL Server開發(fā)了自己的一套資源管理體系——SQLOS(SQL操作系統(tǒng))。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(tǒng)層面的SQL Server內(nèi)存管理

由于SQL server的內(nèi)存是通過Windows的API來申請的，如果Windows自己本身就缺少內(nèi)存，SQL Server由于申請不到內(nèi)存，性能自然受影響。因此做SQL Server的內(nèi)存檢測，第一步就是查看系統(tǒng)層面的內(nèi)存，以確保系統(tǒng)本身不缺內(nèi)存，這一步簡單但是必不可少。這里先介紹Windows的一些內(nèi)存管理理念，然后介紹如何檢查系統(tǒng)的內(nèi)存情況。

1、Windows的一些內(nèi)存術(shù)語

Virtual Address Space（虛擬地址空間）：應(yīng)用程序能夠申請?jiān)L問的最大地址空間。對于32位的服務(wù)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(rèn)情況下是用戶態(tài)2GB，核心態(tài)2GB，所以說對于32位的系統(tǒng)SQL Server只有2GB的內(nèi)存可供使用。不過可以通過設(shè)置/3GB boot.int參數(shù)，來調(diào)整系統(tǒng)的配置，使用戶態(tài)為3GB，核心態(tài)為1GB?；蛘唛_啟AWE（地址空間擴(kuò)展），將尋址空間擴(kuò)展為64GB，不過該設(shè)置有缺陷，下面會分析。

Physical Memory（物理內(nèi)存）：也就是通常所說的電腦的內(nèi)存大小。

Reserved Memory（保留地址）：應(yīng)用程序訪問內(nèi)存的方式之一，先保留（Reserve）一塊內(nèi)存地址空間，留著將來使用（SQL Server中的數(shù)據(jù)頁面使用的內(nèi)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(xiàn)訪問越界的報錯提示。

Committed Memory（提交內(nèi)存）：將保留（Reserve）的內(nèi)存頁面正式提交（Commit）使用。

Shared Memory（共享內(nèi)存）：對一個以上進(jìn)程可見的內(nèi)存。

Private Bytes（私有內(nèi)存）：某進(jìn)程提交的地址空間中，非共享的部分。

Working Set：進(jìn)程的地址空間中存放在物理內(nèi)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(fā)生Page Fault。這個又分兩種情況，第一種是目標(biāo)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(biāo)頁面在物理內(nèi)存中，但是不是該進(jìn)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(tǒng)的性能影響很小，因此管理員關(guān)心的是Hard Fault。

 System Working Set：Windows系統(tǒng)的Working Set。

2、Windows的內(nèi)存檢測

可以通過Windows的性能監(jiān)視器來檢測Windows的內(nèi)存使用情況，如何使用性能監(jiān)視器，可以看這篇文章《使用“性能監(jiān)視器”監(jiān)視系統(tǒng)性能/運(yùn)行情況》 。在檢測內(nèi)存上，比較重要的計數(shù)器有下面一些：

分析Windows系統(tǒng)的內(nèi)存總體使用情況的計數(shù)器：

Memory：Available MBytes：系統(tǒng)中空閑的物理內(nèi)存數(shù)。

 

Memory：Pages/Sec：由于Hard Page的發(fā)生，每秒鐘從硬盤中讀取或者寫入的頁面數(shù)。該計數(shù)器等于Memory：Pages Input/Sec與Memory：Pages Output/Sec之和。
分析Windows系統(tǒng)自身的內(nèi)存使用情況的計數(shù)器：

Memory：Cache Bytes：系統(tǒng)的Working Set，也就是Windows系統(tǒng)使用的物理內(nèi)存數(shù)。

 

對于每個進(jìn)程的內(nèi)存使用情況的計數(shù)器：

Process：Private Bytes：進(jìn)程提交的地址空間中非共享的部分。

 

Process：Working Set：進(jìn)程的地址空間中存放在物理內(nèi)存中的那部分。

從這些計數(shù)器中，我們可以看到系統(tǒng)中是否還有空閑內(nèi)存，哪個進(jìn)程使用的內(nèi)存最多，在發(fā)生問題的時候是否有內(nèi)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(nèi)部的內(nèi)存管理

1、內(nèi)存使用分類

按用途分類

1）Database cache（數(shù)據(jù)頁面）。SQL Server中的頁面都是以8KB為一個頁面存儲的。當(dāng)SQL Server需要用到某個頁面時，它會將該頁面讀到內(nèi)存中，使用完后會緩存在內(nèi)存中。在內(nèi)存沒有壓力的情況下，SQL Server不會將頁面從內(nèi)存中刪除。如果SQL Server感覺到內(nèi)存的壓力時，會將最長時間沒有使用的頁面從內(nèi)存中刪除來空出內(nèi)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、事務(wù)上下文、表格和索引的元數(shù)據(jù)等

Query Plan：語句和存儲過程的執(zhí)行計劃。和Database cache類似，SQL Server也會將執(zhí)行計劃緩存以供將來使用，減少編譯時間。

 

Optimizer：生成執(zhí)行計劃的過程中消耗的內(nèi)存。

Utilities：像BCP、Log Manager、Backup等比較特殊的操作消耗的內(nèi)存。

3）線程內(nèi)存：存放進(jìn)程內(nèi)每個線程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)信息消耗的內(nèi)存，每個線程需0.5MB的內(nèi)存。

4）第三方代碼消耗的內(nèi)存：SQL Server的進(jìn)程里，會運(yùn)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(yù)先Reserve一塊大的內(nèi)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(nèi)存，成為Stolen方式。除了Database Page之外其他內(nèi)存基本都是按這種方式申請的。

 

按申請內(nèi)存的大小分類

1）申請小于等于8KB為一個單位的內(nèi)存，這些內(nèi)存稱為Buffer Pool

 

2）申請大于8KB為一個單位的內(nèi)存，這些內(nèi)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(shù)據(jù)頁都是以8KB為單位進(jìn)行申請的。

對于Consumer中的內(nèi)存申請，一般都是按Stolen方式申請的，且大多數(shù)的執(zhí)行計劃的大小都是小于8KB的，少數(shù)特別復(fù)雜的存儲過程的執(zhí)行計劃會超過8KB，默認(rèn)的連接的數(shù)據(jù)包是4KB，除非客戶端特別設(shè)置了超過8KB（不建議）

第三方代碼的內(nèi)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(nèi)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(nèi)存分類，是因?yàn)镾QL Server尤其是32位的SQL Server對不同種類的內(nèi)存的申請大小是不一樣的，對Commit、Stolen和MemTOLeave等類型的內(nèi)存是有限制的。因此會出現(xiàn)系統(tǒng)中還有空閑內(nèi)存，但是SQL Server不會申請使用的現(xiàn)象。

2、各部分內(nèi)存的大小限制

 

 1）32位的Windows

 

在SQL Server啟動時，會預(yù)先分配好MemToLeave區(qū)域的大小。默認(rèn)大小為256MB+256（SQL Server配置的允許最大線程數(shù)）* 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(shù)，可以將系統(tǒng)的擴(kuò)展地址空間達(dá)到64GB，但由于AWE擴(kuò)展出來的地址只能用Reserved/Commit方式申請，為此MemToLeave的內(nèi)存還是384MB，Buffer Pool中的Stolen的最大內(nèi)存為1.664G，剩余的內(nèi)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(tǒng)，核心態(tài)不再占用32位進(jìn)程的虛擬地址空間，因此MemToLeave的大小還是為384MB，Buffer Pool可以達(dá)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(nèi)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(tǒng)的機(jī)器裝32位的哦-_- 。

64位的SQL Server。所有的內(nèi)存都無限申請的，有需要就申請。

 

3、SQL Server內(nèi)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(tǒng)內(nèi)存情況時使用的用性能計數(shù)器來分析，第二種是使用動態(tài)管理視圖（DMV，只適用于SQL Server2005和2008）

1）SQL Server性能計數(shù)器

 SQLServer：Memory Manager：Total Server Memory（KB)：SQL Server緩沖區(qū)提交的內(nèi)存。不是SQL Server總的使用內(nèi)存，只是Buffer Pool中的大小。

 SQLServer：Memory Manager：Target Server Memory（KB）：服務(wù)器可供SQL Server使用的內(nèi)存量。一般是由SQL Server能訪問到的內(nèi)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(nèi)存授權(quán)的進(jìn)程總數(shù)。如果該值不為0，說明當(dāng)前有用戶的內(nèi)存申請由于內(nèi)存壓力被延遲，這意味著比較嚴(yán)重的內(nèi)存瓶頸。

 SQLServer：Buffer Manager：Buffer Cache Hit Ratio：數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)中找到而不需要從硬盤中去取的百分比。SQL Server在運(yùn)行一段時間后，該比率的變化應(yīng)該很小，而且都應(yīng)該在98%以上，如果在95%以下，說明有內(nèi)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(shù)。當(dāng)SQL Server感覺到內(nèi)存壓力的時候，會將最久沒有使用的數(shù)據(jù)頁面和執(zhí)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(shù)。在內(nèi)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(nèi)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(nèi)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?。ǖ扔贒atabase Pages+Free Pages+Stolen Pages）。該值乘以8KB，應(yīng)該等于Memory Manager：Total Server Memory的值。

從上面這些計數(shù)器中我們就能了解SQL Server的內(nèi)存使用情況，結(jié)合前面說的系統(tǒng)層的計數(shù)器大概能看出是否存在內(nèi)存瓶頸。

 

2）內(nèi)存動態(tài)管理視圖

在SQL Server 2005以后，SQL Server的內(nèi)存管理是使用Memory Clerk的方式統(tǒng)一管理。所有的SQL Server的內(nèi)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(xié)調(diào)來滿足不同需求。通過查詢這些DMV，可以得到比用性能計數(shù)器更加詳細(xì)的內(nèi)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(nèi)存使用情況。

使用sys.dm_os_memory_clerks查看內(nèi)存使用情況

SELECT type, --Clerk的類型  
    sum(virtual_memory_reserved_kb) as vm_Reserved_kb, -- 保留的內(nèi)存  
    sum(virtual_memory_committed_kb) as vm_Committed_kb, --提交的內(nèi)存  
    sum(awe_allocated_kb) as awe_Allocated_kb, -- 開啟AWE后使用的內(nèi)存  
    sum(shared_memory_reserved_kb) as sm_Reserved_kb, -- 共享的保留內(nèi)存  
    sum(shared_memory_committed_kb) as sm_Committed_kb, -- 共享的提交內(nèi)存  
    sum(single_pages_kb) as SinlgePage_kb, -- Buffer Pool中的Stolen的內(nèi)存  
    sum(multi_pages_kb) as MultiPage_kb -- MemToLeave的內(nèi)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(nèi)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(nèi)存的使用情況，如果我想知道數(shù)據(jù)頁的緩存中到底緩存了哪些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是屬于哪個數(shù)據(jù)庫的哪個表中的呢？執(zhí)行計劃又是緩存了哪些語句的執(zhí)行計劃呢？這也可以通過DMV查看的到。

查看內(nèi)存中的數(shù)據(jù)頁面緩存的是哪個數(shù)據(jù)庫的哪個表格的數(shù)據(jù)

 

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(shù)  
+ @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(jù)上面取出來的@object_id找出是哪個數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)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(nèi)存中緩存的執(zhí)行計劃，以及執(zhí)行計劃對應(yīng)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(fā)現(xiàn)大多數(shù)講的還是數(shù)據(jù)收集的這一部分，相應(yīng)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

【編輯推薦】

1. SQL Server 2000刪除實(shí)戰(zhàn)演習(xí)
2. SQL Server存儲過程的命名標(biāo)準(zhǔn)如何進(jìn)行？
3. 卸載SQL Server 2005組件的正確順序
4. 對SQL Server字符串?dāng)?shù)據(jù)類型的具體描述
5. SQL Server數(shù)據(jù)類型的種類與應(yīng)用