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SQL 超大规模服务层级性能故障排除诊断

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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。 在“超大规模”中，无论计算大小如何，日志速率治理限制都设置为 105 MB/秒。 此值在 primary_max_log_rate 的 列中公开。

有时，必须减少主计算副本上的日志生成速率，以保持可恢复性 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，则日志速率治理机制允许日志生成速率达到 100 MB/秒。 这是所有超大规模计算大小中有效的最大日志生成速率。

注意

150 MB/s 的日志生成速率作为选择加入预览功能提供。 如需了解详细信息和选择加入 150 MB/s，请参阅博客：2024 年 11 月超大规模增强功能。

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() 动态管理函数（DMF）提供了其他详细信息，以帮助你理解日志速率减少的情况（如果有的话）。 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。

  • 执行 DMV 和目录视图中提供了用于报告页面服务器读取操作的列：
  • 页面服务器读取字段位于以下扩展事件中：
    • 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。 在“超大规模”中，此 DMF 中显示的每个数据文件对应于页面服务器。 DMF 还为计算副本和事务日志上的本地 SSD 缓存提供 I/O 统计信息。

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() 具有用于报告本地 SSD 缓存 I/O 统计信息的特殊行。 对于 database_id 和 file_id 列，此行的值均为 0。 例如，下面的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 sys.dm_os_performance_counters DMV 中提供的 RBPEX cache hit ratio 和 RBPEX cache hit ratio base 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，具有 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 file_id 0。 如果该数据的某些部分位于本地SSD缓存中，而另一些部分位于页面服务器上，那么来自本地SSD缓存的IO操作将计入file_id 0，而来自页面服务器的IO操作将计入它们各自的文件。
  • 当计算副本从页面服务器请求位于特定 LSN 的页面时，如果页面服务器尚未捕获到请求的 LSN，则计算副本上的读取操作将会等待，直到页面服务器捕获到该 LSN，然后会返回页面。 对于从计算副本上的页面服务器执行的任何读取，如果该操作正在等待该 IO，则会出现 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面服务器， 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 (file_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。
  • file_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。 file_id 0 以外的数据文件的计算副本上显示的 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

  • 在主计算副本中，日志写入被记录在 file_id 2 下的 sys.dm_io_virtual_file_stats() 中。
  • 与在 AlwaysOn 可用性组中不同，在主计算副本上提交事务时，日志记录不会在辅助副本上进行强化。 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，有关相对于资源管理数据 IOPS 限制的针对数据文件的组合读取和写入 IOPS，可查看 列中的 sys.dm_db_resource_stats 和 avg_data_io_percent 视图。 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 IOPS 利用率（相对于仅限计算副本上的本地 SSD 存储的限制），包含针对本地 SSD 缓存和 tempdb 数据库中的 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管理，系统会对单个 8 KB IO 进行计数，而不是计算可能由数据库引擎发出的较大 IO。

如上所述，针对页面服务器的数据 IO 不会在资源利用率视图中或通过 Azure Monitor 指标中报告，但会在 sys.dm_io_virtual_file_stats() 中报告。

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