Расширение буферного пула

Область применения: SQL Server

Появилось в SQL Server 2014 (12.x), расширение буферного пула обеспечивает простую интеграцию расширения неразрешенной памяти случайного доступа (то есть твердотельный диск) к пулу буферов ядро СУБД, чтобы значительно повысить пропускную способность ввода-вывода. Расширение буферного пула недоступно в каждом выпуске SQL Server. Дополнительные сведения см. в разделе Функции, поддерживаемые различными выпусками SQL Server 2016.

Преимущества расширения буферного пула

Главное назначение базы данных SQL Server — хранение и поиск данных, поэтому интенсивное использование операций дискового ввода-вывода — это основное свойство ядра СУБД. Так как операции ввода-вывода на диске могут использовать много ресурсов и занять относительно много времени, SQL Server фокусируется на том, чтобы сделать операции ввода-вывода высоко эффективными. Буферный пул служит основным источником размещения памяти SQL Server. Управление буфером — это ключевой компонент в достижении этой рациональности. Компонент управления буферами состоит из двух механизмов: диспетчера буферов для доступа к страницам баз данных и их обновления и буферного пула для сокращения операций файлового ввода-вывода базы данных.

Страницы данных и индексов считываются с диска в буферный пул, а измененные страницы (так называемые «грязные страницы») записываются обратно на диск. Нехватка памяти в контрольных точках сервера и базы данных приводит к тому, что активные «грязные» страницы удаляются из буферного кэша, записываются на механические диски и считываются обратно в кэш. Эти операции ввода-вывода обычно представляют небольшие произвольные операции чтения и записи с объемом данных от 4 до 16 КБ. Работа в режиме небольших произвольных операций ввода-вывода предполагает частые операции поиска, конкурирующие за перемещение головки диска, что увеличивает задержку ввода-вывода и сокращает общую пропускную способность ввода-вывода системы.

Типичный подход к устранению этих «узких мест» заключается в добавлении дополнительных модулей DRAM или высокопроизводительных шпинделей SAS. Хотя эти возможности дают ряд преимуществ, у них есть существенные недостатки: модули DRAM дороже, чем диски хранения данных, а установка шпинделей увеличивает капитальные расходы при покупке оборудования и эксплуатационные расходы из-за повышения энергопотребления и вероятности сбоя компонента.

Компонент расширения буферного пула расширяет кэш буферного пула с помощью памяти энергонезависимого хранилища (обычно на основе SSD-дисков). В результате этого расширения в буферном пуле становится возможным разместить рабочее множество данных большего объема, что обеспечивает подкачку операций ввода-вывода между ОЗУ и SSD-дисками. Это эффективно перераспределяет нагрузку небольших случайных операций ввода-вывода с механических дисков на SSD-диски. Благодаря более низкой задержке и улучшенной производительности случайных операций ввода-вывода SSD-дисков расширение буферного пула значительно повышает пропускную способность ввода-вывода.

В следующем списке приведены преимущества расширения буферного пула.

• Повышенная пропускная способность произвольных операций ввода-вывода

• Уменьшенная задержки ввода-вывода

• Повышенная пропускная способность транзакций

• Улучшенная производительность операций чтения с использованием крупного гибридного буферного пула

• Архитектура кэширования, которая может использовать современные и будущие недорогие диски

Основные понятия

Следующие термины относятся к компоненту расширения буферного пула.

Твердотельный накопитель (SSD)
Твердотельные накопители постоянно хранят данные в оперативной памяти (ОЗУ). Дополнительные сведения см. в этом определении.

Buffer
В SQL Server буфер является 8-КБ-страницей в памяти, тем же размером, что и страница данных или индекса. Буферный кэш делится на 8-килобайтовые страницы. Страница остается в буферном кэше, пока диспетчеру буферов требуется область буфера для чтения дополнительных данных. Данные записываются обратно на диск, только если они были изменены. Эти измененные страницы в памяти называют «грязными». Страница чиста, когда она эквивалентна ее образу в базе данных на диске. Данные в буферном кэше могут измениться несколько раз, прежде чем будут сохранены обратно на диске.

Буферный пул
Также называют буферным кэшем. Буферный пул — это глобальный ресурс, который совместно используется всеми базами данных для кэшированных страниц данных. Максимальный и минимальный размер кэша буферного пула определяется во время запуска или при динамическом перенастройке экземпляра SQL Server с помощью sp_configure. Этот размер определяет максимальное число страниц, которые могут кэшироваться в буферном пуле в любое время в запущенном экземпляре.

Максимальный объем памяти, который может зафиксировать расширение буферного пула, может ограничиваться другими запущенными на компьютере приложениями, если они вызывают значительную нехватку памяти.

Контрольная точка
Контрольная точка создает известную хорошую точку, из которой ядро СУБД может начать применять изменения, содержащиеся в журнале транзакций во время восстановления после неожиданного завершения работы или сбоя. Новая контрольная точка записывает «грязные» страницы вместе со сведениями журнала транзакций из памяти на диск, а также сведения о журнале транзакций. Дополнительные сведения см. в статье Контрольные точки базы данных (SQL Server).

Сведения

SSD-хранилище используется как расширение подсистемы памяти вместо дисковой подсистемы хранилища. Это означает, что файл расширения буферного пула позволяет диспетчеру буферного пула использовать DRAM и NAND-Flash для реализации буферного пула намного большего размера из изменяемых страниц в энергонезависимой ОЗУ на основе SSD. Это создает многоуровневую иерархию кэширования, где на 1-м уровне (L1) DRAM, а на 2-м уровне (L2) файл расширения буферного пула на SSD-дисках. В кэш L2 записываются только чистые страницы, что позволяет обеспечить безопасность данных. Диспетчер буферов обеспечивает перемещение чистых страниц между кэшами L1 и L2.

На следующем рисунке представлен общий обзор архитектуры буферного пула относительно других компонентов SQL Server.

Если расширение буферного пула включено, оно определяет размер и путь к файлу кэширования буферного пула на SSD-диске. Этот файл представляет собой непрерывную степень хранения на SSD и статически настраивается во время запуска экземпляра SQL Server. Параметры файла конфигурации можно изменить, только если расширение буферного пула отключено. Если расширение буферного пула отключено, все связанные параметры конфигурации удаляются из реестра. Файл расширения буферного пула удаляется после завершения работы экземпляра SQL Server.

Ограничения емкости

Выпуск SQL Server Enterprise допускает максимальный размер расширения буферного пула, который в 32 раза превышает значение max_server_memory.

Выпуск SQL Server Standard допускает максимальный размер расширения буферного пула, который в 4 раза превышает значение max_server_memory.

Рекомендации

Рекомендуется следовать приведенным ниже правилам.

• Включив расширение буферного пула первый раз, перезапустите экземпляр SQL Server, чтобы обеспечить максимальную производительность.

• Настройте расширение буферного пула так, чтобы соотношение между объемом физической памяти (max_server_memory) и объемом расширения буферного пула не превышало 1:16. Более низкое значение в диапазоне от 1:4 до 1:8 может быть оптимальными. Сведения о настройке параметра max_server_memory см. в разделе Параметры конфигурации сервера "Server Memory".

• Тщательно протестируйте расширение буферного пула перед реализацией в рабочей среде. После внедрения в рабочую среду не следует изменять конфигурацию в файле или отключать функцию. Эти действия могут отрицательно повлиять на производительность сервера, поскольку размер буферного пула значительно снижается, когда эта функция отключена. При отключении память, используемая для поддержки функции, не возвращается в кучу, пока не произойдет перезагрузка экземпляра SQL Server. Однако, если функцию снова включить, память будет использоваться повторно без перезапуска экземпляра.

Возврат сведений о расширении буферного пула

Можно использовать следующие динамические административные представления для отображения конфигурации расширения буферного пула и получения сведений о страницах данных в расширении.

• sys.dm_os_buffer_pool_extension_configuration (Transact-SQL)

• sys.dm_os_buffer_descriptors (Transact-SQL)

Счетчики производительности доступны в объекте диспетчера буферов SQL Server для трассировки страниц данных в файле расширения буферного пула. Дополнительные сведения см. в разделе Счетчики производительности расширения буферного пула.

Доступны следующие события Xevent.

Связанные задачи