SQL 超大规模服务层级性能故障排除诊断

适用于：Azure SQL 数据库

若要排查“超大规模”数据库中的性能问题，一般 SQL 性能优化方法 是任何性能调查的起点。 但是，由于超大规模数据库采用分布式体系结构，可能需要考虑其他诊断数据。 本文将描述超大规模数据库特定的诊断数据。

缩短了日志速率等待

Azure SQL 数据库中的每个数据库和弹性池通过 日志速率治理管理日志生成率。 日志速率限制在primary_max_log_ratesys.dm_user_db_resource_governance的列中公开。

有时，必须减少主要计算副本上的日志生成率，以维护可恢复性服务级别协议（SLA）。 例如，在应用日志服务中的新日志记录后，很久才出现页面服务器或其他计算副本，则会发生此情况。 如果没有超大规模组件，日志速率治理机制允许每个数据库的日志生成速率达到 150 MiB/秒，适用于高级系列和高级系列内存优化硬件。 对于标准系列硬件，每个数据库的最大日志速率为 100 MiB/秒。 对于弹性池，高级系列和高级系列内存优化硬件的每个池的最大日志速率为 150 MiB/秒，对于其他硬件，每个池的最大日志速率为 125 MiB/秒。

当日志写入速率下降时，以下等待类型会出现在 sys.dm_os_wait_stats 中：

等待类型	原因
RBIO_RG_STORAGE	页面服务器延迟了日志消耗
RBIO_RG_DESTAGE	长期日志存储延迟了日志消耗
RBIO_RG_REPLICA	HA 次要副本或命名副本延迟了日志消耗
RBIO_RG_GEOREPLICA	地理辅助副本延迟了日志消耗
RBIO_RG_DESTAGE	日志服务延迟了日志消耗
RBIO_RG_LOCALDESTAGE	日志服务延迟了日志消耗
RBIO_RG_STORAGE_CHECKPOINT	由于数据库检查点缓慢，页面服务器延迟了日志消耗
RBIO_RG_MIGRATION_TARGET	反向迁移期间，非超大规模数据库延迟了日志消耗

sys.dm_hs_database_log_rate（） 动态管理功能（DMF）提供了更多详细信息，可帮助你了解日志速率降低（如果有）。 例如，它可以指明哪个具体次要副本在应用日志记录方面滞后，以及尚未应用的事务日志的总大小。

页面服务器读取

计算副本不会在本地缓存数据库的完整副本。 计算副本的本地数据存储在缓冲池（内存中）和本地弹性缓冲池扩展（RBPEX）缓存中，其中包含最常访问的数据页的子集。 此本地 SSD 缓存的大小与计算大小成正比。 另一方面，每个页面服务器都有它维护的数据库部分的完整 SSD 缓存。

在计算副本上发出读取 IO 请求时，如果数据不在缓冲池或本地 SSD 缓存中，则从相应的页面服务器获取位于请求的日志序列号 (LSN) 的页面。 从页面服务器进行读取是远程操作，速度比从本地 SSD 缓存读取慢。 排查 I/O 相关的性能问题时，我们需要能够通过相对较慢的页面服务器读取来判断已完成的 IO 数。

多个动态管理视图 (DMV) 和扩展事件包含的列与字段指定了从页面服务器执行的远程读取数，可将其与读取总数进行比较。 查询存储还会在查询运行时统计信息中捕获页面服务器读取。

• 可以在执行动态管理视图 (DMV) 和目录视图中查看用于报表页服务器读取的列：

  • sys.dm_exec_requests
  • sys.dm_exec_query_stats
  • sys.dm_exec_procedure_stats
  • sys.dm_exec_trigger_stats
  • sys.query_store_runtime_stats

• 页面服务器读取字段存在于以下扩展事件中：

  • sql_statement_completed
  • sp_statement_completed
  • sql_batch_completed
  • rpc_completed
  • scan_stopped
  • query_store_begin_persist_runtime_stat
  • query_store_execution_runtime_info

• ActualPageServerReads / ActualPageServerReadAheads 属性存在于包含运行时统计信息的计划查询计划 XML 中。 例如：

  <RunTimeCountersPerThread Thread="8" ActualRows="90466461" [...] ActualPageServerReads="0" ActualPageServerReadAheads="5687297" ActualLobPageServerReads="0" ActualLobPageServerReadAheads="0" />
  

  提示

  若要在查询计划属性窗口中查看这些属性，需要安装 SSMS 18.3 或更高版本。

虚拟文件统计信息和 IO 记帐

在 Azure SQL 数据库中，sys.dm_io_virtual_file_stats（） DMF 是监视数据库 I/O 统计信息（例如 IOPS、吞吐量和延迟）的一种方法。 “超大规模”采用分布式体系结构，因此其 I/O 特征有所不同。 本部分重点介绍此 DMF 中所示的读取和写入 I/O。

对于超大规模架构，sys.dm_io_virtual_file_stats() 中的相关数据如下：

• 值 database_id 与 DB_ID 函数返回的值匹配且 file_id 值不是 2 的行对应于页面服务器。 通常，每行对应于一个页面服务器。 但是，对于较大的文件，使用多个页面服务器。

  • 包含 file_id 2 的行对应于事务日志。

• 列中值 database_id 为 0 的行对应于计算副本上的本地 SSD 缓存。

本地 SSD 缓存使用情况

由于本地 SSD 缓存存在于数据库引擎正在处理查询的同一计算副本上，因此针对此缓存的 I/O 比针对页面服务器的 I/O 更快。 在“超大规模”数据库或弹性池中， sys.dm_io_virtual_file_stats() 有特殊行报告本地 SSD 缓存的 I/O 统计信息。 这些行在database_id列中具有值0。 例如，以下查询返回自数据库启动以来的本地 SSD 缓存 I/O 统计信息。

SELECT *
FROM sys.dm_io_virtual_file_stats(0, NULL);

从本地 SSD 缓存文件到来自所有其他数据文件的聚合读取的比率是本地 SSD 缓存命中率。 此指标由 RBPEX cache hit ratio DMV 中提供的 RBPEX cache hit ratio base 和 性能计数器提供。

数据读取

• 当数据库引擎在计算副本上发出读取请求时，它们可能由本地SSD缓存或页面服务器提供服务，或者在读取多个页面时由两者组合提供服务。

• 当计算副本从特定数据文件（例如，包含 file_id 1 的文件）读取某些页面时，如果此数据仅驻留在本地 SSD 缓存中，则此读取的所有 IO 将计入本地 SSD 缓存文件（即 database_id 0）。 如果该数据的某些部分位于本地 SSD 缓存中，并且某些部分位于页面服务器上，则 IO 将部分计入本地 SSD 缓存文件，部分用于对应于页面服务器的数据文件。

• 当计算副本从页面服务器请求特定LSN上的页面时，如果页面服务器尚未达到所请求的LSN，则计算副本上的读取请求会等待，直到页面服务器达到该LSN后再返回页面。 对于从计算副本上的页面服务器读取的任何读取，如果它正在等待该 IO，则会看到 PAGEIOLATCH_* 等待类型。 在“超大规模”中，此等待时间包括捕获到页面服务器上位于所需 LSN 处的请求页面的时间，以及将该页面从页面服务器传输到计算副本所需的时间。

• 大型读取（例如预读）通常是使用“分散/集中”读取完成的。 这样就可在一次读取 IO 中读取高达 4 MB 内容。 但是，当读取的数据位于本地 SSD 缓存中时，这些读取被视为多个单独的 8 KB 读取，因为缓冲池和本地 SSD 缓存始终使用 8 KB 页。 因此，针对本地 SSD 缓存看到的读取 IO 数可能大于引擎执行的实际 IO 数。

数据写入

• 主计算副本不会直接写入页服务器。 而是在相应的页面服务器上重播日志服务中的日志记录。

• 计算副本上的写入主要是写入本地 SSD 缓存 (database_id 0)。 对于大于 8 KB 的写入，（即使用集中写入完成的写入），每个写入操作都会转换为对本地 SSD 缓存的多个单独 8-KB 写入，因为缓冲池和本地 SSD 缓存始终使用 8-KB 页面。 因此，针对本地 SSD 缓存看到的写入 IO 数可能大于引擎执行的实际 IO 数。

• database_id 0 以外的对应于页面服务器的数据文件可能也会显示写入。 在“超大规模”中，这些写入是模拟的，因为计算副本永远不会直接写入页面服务器。 I/O 统计信息在出现在计算副本上时会被记录。 其它的数据文件非 database_id 0 的计算副本上观察到的写入 IOPS、吞吐量和延迟并不反映页面服务器上发生的写入的实际 I/O 统计信息。

日志写入

• 在主计算副本上，日志写入会在 sys.dm_io_virtual_file_stats() 下的 file_id 2 中进行记录。

• 与可用性组不同，在主计算机副本上提交事务时，次要副本上日志记录不会被硬化。 在“超大规模”中，日志在日志服务中强化，并异步应用于辅助副本。 由于日志写入实际上不会发生在辅助副本上，因此不应将辅助副本上 sys.dm_io_virtual_file_stats() 中的日志 IO 的任何计帐用作事务日志 I/O 统计数据。

资源利用率统计信息中的数据 IO

在非超大规模数据库中，针对数据文件的读取和写入 IOPS（相对于 资源治理中的数据 IO 限制），在 sys.dm_db_resource_stats 和 sys.resource_stats 视图的 avg_data_io_percent 列中进行报告。 弹性池的相应 DMV 是 sys.dm_elastic_pool_resource_stats 和 sys.elastic_pool_resource_stats。 相同的值会被报告为数据库和弹性池的“数据 IO 百分比”Azure Monitor 指标。

在超大规模数据库中，这些列和指标报告数据 IO 利用率，针对仅计算副本的本地 SSD 存储限制，包括针对本地 SSD 缓存和 tempdb 数据库的 I/O。 此列中的值 100% 表示资源管理限制了本地存储 IOPS。 如果这与性能问题相关，请优化工作负载以生成较少的 IO，或者增加计算大小以提高资源管理“最大数据 IOPS”限制。 对于本地 SSD 缓存读取和写入的资源治理，系统对单个大小为 8 KB 的输入/输出操作进行计数，而不是数据库引擎可能发出的较大输入/输出操作。

页面服务器的数据 IO 未在资源利用率视图中或通过 Azure Monitor 指标中报告，但如前所述会在 sys.dm_io_virtual_file_stats() 中报告。

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