SQL Server应用模式之OLTP系统性能分析

 

　　OLTP系统的最大特点，是这类应用里有大量的，并发程度比较高的小事务，包括SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE。 这些操作都比较简单，事务时间也不会很长，但是要求的返回时间很严格，基本上需要在几秒钟内必须返回。

         支持生产流水线的数据库应用，是很典型的OLTP系统。一件产品从原材料到组装成最后的产品，中间会有很多道工序。每道工序本身不复杂，不会花很多时间。工厂需要使用数据库应用记录和监督每一道工序。在流水线上，工人可以扫描产品上的条形码，快速的输入产品加工、处理或检验结果。这些输入和修改过程都会很简单，而且很多在数据库里会是INSERT、UPDATE或DELETE动作。但是应用的响应速度要求非常高，最后等待的时间可以忽略不计。如果工人输入一个条形码以后要等几秒钟，很多他在处理每一件产品的时候，都会多花几秒钟。如果他要花几十秒，那么整个流水线的运转就会很慢。如果系统出了问题，他每处理一个产品都要花几分钟，那么流水线就会瘫痪，工人们都可以去喝茶了。数据库管理员这时将面对的是心急如焚的管理高层。

         所以OLTP系统在设计的时候，要非常小心，像那种由于一条语句而导致整个服务器范围的阻塞，是绝对要避免的。

         OLTP系统要注意避免出现的问题主要提现在以下几个方面。

数据库设计

规则

性能计数器值

阈值

检查目标

问题描述

1

经常运行的语句超过4个表格Join

>4张表

sys.dm_exec_sql_text
sys.dm_exec_cached_plans
（建议查询1.1）

如果经常运行的语句要做多张表的Join，可以考虑降低数据库设计范式级别，增加一些冗余字段，用空间换取数据库效率。

2

经常更新的表格有超过3个索引

>3个索引

sys.indexes
sys.dm_db_index_operational_stats
（建议查询1.2）

索引太多会影响更新效率

3

语句会做大量IO
Table Scans
Range Scans

>1

a. 性能计数器SQLServer：Access Methods - Full Scans/sec 和 Range Scans/sec 比较高。
b. sys.dm_exec_query_stats 里显示有语句经常做大量IO动作。
(建议查询1.3)

语句缺少合适的索引

4

未被使用的索引

  

所有没有在sys.dm_db_index_usage_stats这个DMV里出现的索引

避免定义没有用的索引，凭空增加SQL Server的维护负担

建议查询1.1

 
--返回最经常运行的条语句

SELECT TOP 100
    cp.cacheobjtype 
　　,cp.usecounts 
　　,cp.size_in_bytes 
　　,qs.statement_start_offset 
　　,qs.statement_end_offset
　　,qt.dbid ,qt.objectid 
　　,SUBSTRING(qt.text,qs.statement_start_offset/2, (case when qs.statement_end_offset = -1
       then len(convert(nvarchar(max),qt.text)) * 2
       else qs.statement_end_offset end - qs.statement_start_offset) / 2) AS statement 

FROM 
　　sys.dm_exec_query_stats qs 
CROSS APPLY 　
　　sys.dm_exec_sql_text(qs.sql_handle) as qt
INNER JOIN 
　　sys.dm_exec_cached_plans as cp
ON qs.plan_handle = cp.plan_handle
WHERE 
　　cp.plan_handle = qs.plan_handle
AND cp.usecounts>4
ORDER BY
    [dbid],[Usecounts]
DESC

建议查询1.2

 
--返回最经常被修改的个索引

--通过它们的DataBase_id、object_id、index_id和partition_number

--可以找到他们是哪个数据库上的哪个索引

SELECT TOP 100 *
FROM 
　　sys.dm_db_index_operational_stats(NULL,NULL,NULL,NULL) 
ORDER BY 
　　leaf_insert_count + leaf_delete_count + leaf_update_count DESC

建议查询1.3

 
--返回做I/O数目最多的条语句及它们的执行计划

SELECT TOP 50 (total_logical_reads/execution_count) AS avg_logical_reads
　　, (total_logical_writes/execution_count) AS avg_logical_writes
　　, (total_physical_reads/execution_count) AS avg_phys_reads, Execution_count
　　, statement_start_offset AS stmt_start_offset
　　, statement_end_offset AS stmt_end_offset
　　, SUBSTRING(sql_text.text,(statement_start_offset/2)
　　, CASE WHEN (statement_end_offset - statement_start_offset)/2 <=0
    THEN
       64000
    ELSE (statement_end_offset
    - statement_start_offset)/ 2
    END) AS exec_statement, sql_text.text, plan_text.*
FROM 
　　sys.dm_exec_query_stats
CROSS APPLY 
　　sys.dm_exec_sql_text(sql_handle) AS sql_text 
CROSS APPLY 
　　sys.dm_exec_query_plan(plan_handle)  as plan_text 
ORDER BY (total_logical_reads + total_logical_writes) / Execution_count 
DESC
CPU

规则

性能计数器值

阈值

检查目标

问题描述

1

Signal Waits

>25%

sys.dm_os_wait_stats
（建议查询2.1）

  指令等待CPU资源的时间占总时间的百分比。如果超过25%，说明CPU资源紧张

2

执行计划重用率

<90%

性能计数器SQLServer:Statistics下
（计算方法2.1）

OLTP系统的核心语句，必须有大于95%的执行计划重用率

3

并行运行的Cxpacket等待状态

>5%

sys.dm_os_wait_stats
（建议查询2.2）

首先，并行运行意味着SQL Server在处理一句代价很大的语句，要不就是没有合适的索引，要不就是筛选条件没能够筛选掉足够的记录，使得语句要返回大量的结果。这个在OLTP系统里都是不容许的。
其次，并行运行会影响OLTP系统整体相应速度，也是不推荐的。

建议查询2.1

 
-- 计算signal
                            wait占整wait时间百分比

SELECT
 　　convert(numeric(5,4),sum(signal_wait_time_ms)/sum(wait_time_ms)) 
FROM 
　　sys.dm_os_wait_stats

计算方法2.1

性能计数对象SQLServer:SQL Statistics 下面有几个计数器，可以计算出大致的执行计划重用率。计算方法是：

Initial Compilations = SQL Compilations/sec – SQL Re-Compilations/sec

执行计划重用率 = （Batch request/sec – Initial Compilations/sec）/Batch requests/sec

建议查询2.2

 
--计算'Cxpacket'占整wait时间的百分比

DECLARE @Cxpacket bigint
DECLARE @Sumwaits bigint
SELECT @Cxpacket = wait_time_ms 
FROM 
　　sys.dm_os_wait_stats
WHERE wait_type = 'Cxpacket'
SELECT
    @Sumwaits = sum(wait_time_ms) 
FROM sys.dm_os_wait_stats
SELECT CONVERT(numeric(5,4),@Cxpacket/@Sumwaits)
内存

规则

性能计数器值

阈值

检查目标

问题描述

1

Page Life Expectancy

<300 sec

性能计数器
SQLServer:Buffer Manager
SQLServer:Buffer Nodes
（建议查询2.1）

 OLTP系统的操作都比较简单，所以它们不应该要访问太多的数据。如果数据也不能长时间的缓存在内存里，势必会影响性能，同事也说明了某些语句没有合适的索引

2

Page Life Expectancy

经常会下降50%

性能计数器SQL Server Buffer Manager

问题同上

3

Memory Grants Pending

>1

性能计数器 SQL Server Memory Manager
（建议查询2.2）

等待内存分配的用户数目，如果大于1，一定有内存压力

4

SQL cache hit ratio

<90%

性能计数器
SQL Server:Plan Cache

这个值不能长时间（例如，60秒钟）地小于90%。否则常常意味着有内存压力
I/O

规则

性能计数器值

阈值

检查目标

问题描述

1

Average Disk sec/read

>20ms

性能计数器
Physical Disk

在没有I/O压力的情况下，读操作应该在4～8ms以内完成

2

Average Disk sec/write

>20ms

性能计数器
Physical Disk

对于像日志文件这样的连续写，应该在1ms以内完成

3

Big Ios
Table Scans
Range Scans

>1

性能计数器
SQLServer:Access Methods - Full Scans/sec 和Range Scans/sec比较高

语句缺少合适的索引

4

排在前两位的等待状态有下面几个：
ASYNCH_IO_COMPLETION
,IO_COMPLETION
,LOGMGR,WRITELOG
 ,PAGEIOLATCH_x

Top2

SELECT TOP 2 wait_type
FROM sys.dm_os_wait_stats
ORDER BY wait_time_ms
DESC

这些等待状态意味着有I/O等待
阻塞

阻塞问题在OLTP系统里危害巨大，是要严格避免的。

规则

性能计数器值

阈值

检查目标

问题描述

1

阻塞发生频率

>2%

sys.dm_db_index_operational_stats(建议查询5.1)

阻塞发生频率

2

阻塞事件报告

30s

sp_configure 'blocked process threshold'

在SQL Trace里自动报告超过30秒钟的阻塞语句

3

平均阻塞时间

>100ms

sys.dm_db_index_operational_stats(建议查询5.1)

阻塞发生的长短

4

排在前两位的等待状态以这样开头LCK_M_??

Top2

SELECT TOP 2 wait_type
FROM sys.dm_os_wait_stats
ORDER BY wait_time_ms
DESC

说明系统经常有阻塞

5

经常有死锁

每个小时超过5个

打开Trace Flag 1204，或者在SQL Trace里跟踪相关时间

死锁往往伴随着阻塞同时发生

建议查询5.1

 
--查询当前数据库上所有用户表格在Row
                            Lock上发生阻塞的频率

DECLARE @dbid int
SELECT @dbid = db_id() 
SELECT 
　　dbid=database_id
　　,objectname = object_name(s.object_id) 
　　,indexname = i.name ,i.index_id
　　--,partition_number
　　,row_lock_count 
　　,row_lock_wait_count 
　　,[block %] = CAST(100.0 * row_lock_wait_count/(1+row_lock_count) AS numeric(15,2)) 
　　,row_lock_wait_in_ms 
　　,[avg row lock wait in ms] = CAST(1.0 * row_lock_wait_in_ms / (1 + row_lock_wait_count) AS numeric(15,2))
FROM 
　　sys.dm_db_index_operational_stats(@dbid,NULL,NULL,NULL) s
　　, sys.indexes i 
WHERE
    objectproperty(s.object_id,'IsUserTable') = 1
AND i.object_id = s.object_id
AND i.index_id = s.index_id 
ORDER BY 
　　row_lock_wait_count
DESC
网络传输

规则

性能计数器值

阈值

检查目标

问题描述

1

网络有延时，或者应用太频繁地和数据库交互

Output queue length >2

性能计数器
Network Interface

网络不能支持应用和数据库服务器的交互流量

2

网络带宽用尽

Packets Outbound Discarded;
Packets Outbound Errors
Packets Received Discarded;
Packets Received Errors

性能计数器
Network Interface

由于网络太忙，有packet在传输中丢失

 

 

总之，对于一个要处理大量小型事务请求的OLTP系统，其事务请求的相应速度与资源配置优化可以从下面几方面着手。

1)     对于会经常发生INSERT、UPDATE和DELETE的表格，在设计的时候要选择最小数量的索引。

2)     可以通过提高执行计划重用降低JOIN的数目降低CPU使用率。

3)     可以通过优化索引设计，降低JOIN数目和提高页面的内存里缓存生命周期，环节IO瓶颈。

4)     如果Page Life Expectancy不会突然下降的话，说明内存的DataBase Page部分没有瓶颈。

5)     可以通过优化索引和缩短事务大小来减少阻塞

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