为 Linux 上的 SQL Server 配置持久性内存 (PMEM)

项目
07/12/2023

适用于：SQL Server - Linux

本文介绍如何为 Linux 上的 SQL Server 2019 (15.x) 及更高版本配置永久性内存 (PMEM)。

概述

SQL Server 2019 (15.x) 引入了大量使用永久性内存的内存中功能。本文介绍为 Linux 上的 SQL Server 配置永久性内存所需的步骤。

注意

引入了“启发”一词，旨在传达使用永久内存感知文件系统的概念。通过使用内存映射 (mmap())，可以从用户空间应用程序直接访问文件系统。在创建文件的内存映射时，应用程序可能会完全绕过 I/O 堆栈发出加载/存储指令。从主机扩展应用程序的角度来看，这是一种“启发式”文件访问方法，它是允许 SQLPAL 与 Windows 或 Linux OS 交互的代码。

为 PMEM 设备创建命名空间

配置设备

在 Linux 中，使用 ndctl 实用工具。

安装 ndctl 以配置 PMEM 设备。可在此处找到。
使用 ndctl 创建命名空间。命名空间在 PMEM NVDIMM 之间交错，可以对设备上的内存区域提供不同类型的用户空间访问。 fsdax 是 SQL Server 的默认和所需模式。

ndctl create-namespace -f -e namespace0.0 --mode=fsdax --map=dev

我们已选择 fsdax 模式，并且使用系统内存来存储每页的元数据。我们推荐使用 --map=dev。此选项会将元数据直接存储在命名空间上。目前，使用 --map=mem 将元数据存储在内存中是一项试验性功能。

使用 ndctl 验证命名空间。

示例输出如下：

# ndctl list -N
{
  "dev":"namespace0.0",
  "mode":"fsdax",
  "map":"dev",
  "size":4294967296,
  "sector_size":512,
  "blockdev":"pmem0",
  "numa_node":0
}

创建和装载 PMEM 设备

例如，使用 XFS

mkfs.xfs -f /dev/pmem0
mount -o dax,noatime /dev/pmem0 /mnt/dax
xfs_io -c "extsize 2m" /mnt/dax

例如，使用 EXT4

mkfs.ext4 -b 4096 -E stride=512 -F /dev/pmem0
mount -o dax,noatime /dev/pmem0 /mnt/dax

技术注意事项

XFS/EXT4 的 2 MB 块分配，如上文所述
块分配和 mmap 之间的不一致会导致无提示回退到 4 KB
文件大小应为 2 MB 的倍数（取模 2 MB）
请勿禁用透明大页 (THP)（在大多数分发服务器上默认是启用状态）

使用 ndctl 配置、创建和装载设备后，可以将数据库文件放在该设备中，也可以创建新的数据库。

在使用以下命令的模式 fsdax 下配置时，可以将 SQL Server 数据文件（MDFS、NDFS）和 tempdb 文件存储在 PMEM 设备上。请勿将其用于存储 SQL Server 日志 (LDFS) 文件，因为事务日志需要位于提供扇区原子保证的存储上：

ndctl create-namespace -f -e namespace0.0 --mode=fsdax --map=dev

在前面的命令中设置映射选项之前，请记住以下几点：

为了在访问和更新此设备的这些 NVDIMM 页面条目时获得最佳性能，最好使用 -map=mem
如果 NVDIMM 的容量过大（超过 512 GB），请设置 –map=dev，此操作会影响 IO 吞吐量并影响性能

对于 PMEM 设备上的 SQL Server 日志文件，配置 PMEM 设备以使用扇区/块转换表 (BTT)。这为这种存储设备技术的 SQL Server 日志文件提供了所需的扇区原子性。我们还建议执行工作负荷性能验证。你可以比较此解决方案与一流 NVMe SSD 之间的工作负荷的 SQL Server 日志性能，然后选择最符合需求并提供更佳性能的解决方案。

ndctl create-namespace -f -e namespace0.0 --mode= sector

禁用强制刷新行为

由于 PMEM 设备是 O_DIRECT（直接 I/O）安全的，因此可以禁用强制刷新行为。

注意

存储系统可以确保任何缓存或暂存的写入都被视为是安全且持久的，方法是保证向设备发出的写入保留在一个介质上，该介质将在系统崩溃、接口重置和电源故障时持续存在，并且该介质本身是硬件冗余的。

默认情况下，在 SQL Server 2017 (14.x) CU 6 及更高版本中，数据库（.mdf 和 .ndf）和事务日志 (.ldf) 文件不使用 writethrough 和 alternatewritethrough，因为它们使用强制刷新行为。跟踪标志 3979 禁止对数据库和事务日志文件使用强制刷新行为，而使用 writethrough 和 alternatewritethrough 逻辑。
在 SQL Server 中使用 FILE_FLAG_WRITE_THROUGH 打开的其他文件（例如数据库快照、用于数据库一致性检查的内部快照 (DBCC CHECKDB)、探查器跟踪文件和扩展事件跟踪文件）使用 writethrough 和 alternatewritethrough 优化。

有关 SQL Server 2017 (14.x) CU 6 中引入的更改的详细信息，请参阅 KB 4131496。有关强制单元访问 (FUA) 内部结构的详细信息，请参阅 FUA 内部结构。

SQL Server 和强制单元访问 (FUA) I/O 子系统功能

某些版本的受支持 Linux 分发版支持 FUA I/O 子系统功能，以提供数据持久性。 SQL Server 使用 FUA 功能为 SQL Server 工作负载提供高效且可靠的 I/O。有关 Linux 分发版的 FUA 支持的更多信息及其对 SQL Server 的影响，请参阅 Linux 上的 SQL Server：强制单元访问 (FUA) 内部结构。

SUSE Linux Enterprise Server 12 SP5、Red Hat Enterprise Linux 8.0 和 Ubuntu 18.04 引入了对 I/O 子系统中的 FUA 功能的支持。如果你使用的是 SQL Server 2017 (14.x) CU 6 及更高版本，应使用以下配置，以便通过 SQL Server 使用 FUA 进行高性能、高效的 I/O 实现。

如果满足以下条件，请使用此推荐配置。

SQL Server 2017 (14.x) CU 6 及更高版本
支持 FUA 功能的 Linux 发行版和版本（从 Red Hat Enterprise Linux 8.0、SUSE Linux Enterprise Server 12 SP5 或 Ubuntu 18.04 开始）
用于 SQL Server 存储的 XFS 文件系统
支持 FUA 功能且已进行相应配置的存储子系统和/或硬件

推荐配置：

启用跟踪标志 3979 作为启动参数。
使用 mssql-conf 配置 control.writethrough = 1 和 control.alternatewritethrough = 0。

对于不符合上述条件的几乎所有其他配置，建议的配置如下所示：

启用跟踪标志 3982 作为启动参数（这是 Linux 生态系统中 SQL Server 的默认值），同时确保未启用跟踪标志 3979 作为启动参数。
使用 mssql-conf 配置 control.writethrough = 1 和 control.alternatewritethrough = 1。

针对 Kubernetes 中部署的 SQL Server 容器的 FUA 支持

SQL Server 必须使用持久装载的存储，而不是 overlayfs。
存储必须使用 XFS 文件系统，并且应支持 FUA。启用此设置之前，应与 Linux 发行版和存储供应商合作，确保 OS 和存储子系统支持 FUA 选项。在 Kubernetes 上，可使用以下命令查询文件系统类型，其中 <pvc-name> 是 PersistentVolumeClaim：
```
kubectl describe pv <pvc-name>
```
在输出中查找 fstype，它设置为 XFS。
托管 SQL Server Pod 的工作器节点应使用支持 FUA 功能的 Linux 发行版和版本（从 Red Hat Enterprise Linux 8.0、SUSE Linux Enterprise Server 12 SP5 或 Ubuntu 18.04 开始）。

如果满足上述条件，可使用以下建议的 FUA 设置。

启用跟踪标志 3979 作为启动参数。
使用 mssql-conf 配置 control.writethrough = 1 和 control.alternatewritethrough = 0。

为 Linux 上的 SQL Server 配置持久性内存 (PMEM)

概述

为 PMEM 设备创建命名空间

配置设备

创建和装载 PMEM 设备

技术注意事项

禁用强制刷新行为

SQL Server 和强制单元访问 (FUA) I/O 子系统功能

针对 Kubernetes 中部署的 SQL Server 容器的 FUA 支持

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