sql server中的任务调度与CPU深入讲解

一. 概述

我们知道在操作系统看来， sql server产品与其它应用程序一样，没有特别对待。但内存，硬盘，cpu又是数据库系统最重要的核心资源，所以在sql server 2005及以后出现了sqlos，这个组件是sqlserver和windows的中间层，用于cpu的任务调度，解决i/o的资源争用，协调内存管理等其它的资源协调工作。下面我来试着讲讲sqlos下的scheduler调度管理。话不多说了，来一起看看详细的介绍吧。

二. cpu 的配置

在sql server 里点击数据库实例右键到属性，选择处理器进行配置。最大工作线程数的默认值是0 （注意这里配置的是worker它是对cpu的真正封装）。这使得sql server能够在启动时自动配置工作线程的数量。默认设置对于大多数系统是最好的。但是，根据您的系统配置，将最大工作线程数设置为一个特定的值有时会提高性能。当查询请求的实际数量小于最大工作线程数时，一个线程处理一个查询请求。但是，如果查询请求的实际数量超过最大线程量时，sqlserver会将worker threads线程池化，以便下一个可用的工作线程可以处理请求。

配置如下图所示:

       

也可以通过t-sql配置，下例通过sp_configure将max worker线程选项配置为900

use adventureworks2012 ; 
go 
exec sp_configure 'show advanced options', 1; 
go 
reconfigure ; 
go 
exec sp_configure 'max worker threads', 900 ; 
go 
reconfigure;

max worker threads服务器配置选项不考虑的线程， 像高可用、service broker、 lock 管理等其它。如果配置的线程数量超过了，下面的查询将提供关于系统任务产生的额外线程信息

is_user_process = 0 表示系统任务，非用户任务。

select s.session_id, r.command, r.status, r.wait_type, r.scheduler_id, w.worker_address, 
w.is_preemptive, w.state, t.task_state, t.session_id, t.exec_context_id, t.request_id 
from sys.dm_exec_sessions as s 
inner join sys.dm_exec_requests as r 
on s.session_id = r.session_id 
inner join sys.dm_os_tasks as t 
on r.task_address = t.task_address 
inner join sys.dm_os_workers as w 
on t.worker_address = w.worker_address 
where s.is_user_process = 0;

下面显示每个用户的活动会话数

select login_name ,count(session_id) as session_count 
from sys.dm_exec_sessions 
where status<>'sleeping'
group by login_name; 

下表显示了各种cpu和sqlserver组合的最大工作线程的自动配置数量。

number of cpus	32-bit computer	64-bit computer
<= 4 processors	256	512
8 processors	288	576
16 processors	352	704
32 processors	480	960
64 processors	736	1472
128 processors	4224	4480
256 processors	8320	8576

根据微软的建议：这个选项是一个高级选项，应该只由经验丰富的数据库管理员或经过认证的sql server专业人员更改。如果您怀疑存在性能问题，则可能不是工作线程的可用性。原因更像是i/o，这会导致工作线程等待。在更改最大工作线程设置之前，最好找到性能问题的根本原因。

二.调度原理

2.1 scheduler任务调度

sqlserver 的一个scheduler对应操作系统上的一个逻辑cpu用于任务分配。调度分配从numa节点级别开始。基本算法是一个用于新连接的循环调度。当每个新的连接到达时，它被分配给基于循环的调度器。在相同的numa节点内，以最小的负载因子分配给调度器的新连接。

2.2  worker

worker又称为workerthread，每个worker跟一个线程，是sql server任务的执行单位。 多个worker对应一个scheduler，公式workers=max worker threads/onlines scheduler。在一个scheduler上，同一时间只能有一个worker运行。例如4个处理器的64位操作系统，它的每个scheduler的worker是512/4=128。

2.3  task

在worker上运行的最小任务单元。最简单的task就是一个简单的batch，当一个会话发出一个请求时，sql server会把这个请求拆分一个或多个任务(tasks),然后关联对应个数的工作者线程(worker thread)。

例如下面是二个task ,二个task可能不是同一个worker。二个worker也可能不是同一个scheduler.           

select @@servername
go
select getdate()
go

每个task线程都有3个状态:

• running: 一个处理器在某个时间只能做一件事情，当一个线程正在一个处理器上运行时，这个线程的状态就是running。
• suspended: 没有足够资源时，当前线程放弃占有处理器，变成挂起状态。
• runnable: 一个线程已完成了等待，但还没有轮到它运行，就会变成runnable状态，这种信号等待(signal wait)

2.4 yielding

yelding就是所有逻辑scheduler上运行的worker都是非抢占式的, 在 scheduler上worker由于资源等待,让出给其它worker就叫yielding。

下面讲述几种发生的状态：

　　1. 当woker在scheduler上运行了超过4ms,就做yielding。

　　2. 每做64k的结果集的排序，就会做一次yielding。

　　3. 做语句complie编译的过程中,这个过程比较占cpu资源时，经常会有yielding等。

2.5 调度关系图如下：

             

2.5  task在调度运行图如下：

               　　

1. 当 task 是runnig时，它是schedler的活动worker。

2. 当 task只等待cpu运行时，它被放入schedler可运行的队列中。

3. 当 task 在等待某个资源时（比如锁、磁盘输入/输出等）时，它处于“suspended挂起状态” 状态。

4. 如果task scheduler挂起状态完成了等待，那么它就会被放到scheduler 的runnable队列的末尾。

5. 如果运行线程自动yidlding让步，则将其放回scheduler 的runnable队列的末尾。

6. 如果运行的线程需要等待某个资源，它将被调出scheduler调度器并进入挂起状态waiter list。

7. 如果正在运行的线程完成它的工作，那么runnable队列的顶部的第一个线程就变成了“运行”线程。

三. 使用dmv任务查看

3.1.  通过sys.dm_os_sys_info 查看scheduler与cpu的关系如下:

　select cpu_count,max_workers_count,scheduler_count from sys.dm_os_sys_info

　　

3.2  查看最大worker数　　

select max_workers_count from sys.dm_os_sys_info　　

3.3  查看task与worker关系

--在每一个连接里，我们可能会有很多batch,分解成多个task以支持如并行查询
 select task_address,task_state,scheduler_id,session_id,worker_address 
 from sys.dm_os_tasks where session_id>50

select state,last_wait_type,tasks_processed_count,task_address, worker_address, scheduler_address
 from sys.dm_os_workers where worker_address =0x00000000043621a0

3.4 查看scheduler

--scheduler_id<255 代表用户cpu,相反代表system scheduler
select
 scheduler_id,
 cpu_id,
 is_online,
 current_tasks_count,
 runnable_tasks_count,
 current_workers_count,
 active_workers_count,
 work_queue_count
 from sys.dm_os_schedulers
 where scheduler_id < 255

cpu_id:关联的cpu 。 cpu id  >=255 这类scheduler都用于系统内部使用。比如说资源管理、dac、备份还原操作等。

 　　is_online: 0 调度器离线，1 在线。

　　current_tasks_count:当前任务数，状态包括：(等待，运行，已完成)。

　　runnable_tasks_count:以分配任务，并在可运行队列中等待被调度的任务数，使用率不高的情况下，这个值会是0。

　　current_workers_count:此scheduler关联的线程数。包括处于空闲状态的线程work。

　　active_workers_count:当前处理活动的线程数,它必须关联任务task,包括running,runnable,suspend。

　　work_queue_count:队列中的任务task等待数，如果不为0，意味着线程用尽的压力。

讲到这里，后面讲讲cpuf过高的分析...

参考文献：

　　troubleshooting sql server scheduling and yielding

　　microsoft sql server企业级平台管理实践

　　how it works: sql server 2012 database engine task scheduling

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对的支持。