SQL SERVER Buffer Pool扩展

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Buffer Pool扩展简介

Buffer Pool扩展是buffer pool 和非易失的SSD硬盘做连接。以SSD硬盘的特点来提高随机读性能。

　　在Buffer Pool 扩展之前，SQL Server 从磁盘中读入数据，并且存放在buffer pool中以供读取和修改，修改完之后脏数据还是放在buffer pool中，当内存紧张时，lazy write把脏数据写入磁盘，并且释放内存页。当再次使用当前数据时，再一次从磁盘读取数据到内存。这样会导致大量的IO操作，影响性能。对于这类IO操作频繁造成的性能问题，我们通常采用的方法是加内存，较少IO操作。
　　SQL SERVER 2014新增加了Buffer Pool的扩展特性，使用SSD硬盘扩展缓存容量；
　　SSD作为Buffer Pool的扩展,可以很好的解决因频繁读取数据引发的系统大量IO操作问题。 Buffer pool在SSD上创建一个缓冲文件，该文件与内存一起构成多层的缓存区，如下图：

　　其中第一层为内存构成的缓冲池，第二层为扩展的后备存储区。在L2上只存储干净的数据，为读提供缓存，不提供脏数据的缓存。这样的设计让我们不用担心SSD出现损坏的情况，当SSD出现损坏时，只是我们的缓存结构回到了加扩展前的状态，之前缓存在SSD上的数据，只需要从磁盘上再读取进内存。
Buffer Pool扩展实现
在SSD盘上设置扩展缓存区：

alter server configuration

set buffer pool extension on

(filename = 'I:\EXAMPLE.BPE',>

执行该命令后，在SSD盘上回生成一个EXAMPLE的文件，如下图：

撤销在SSD盘上设置的扩展缓存区：

alter server configuration

set buffer pool extension off

撤销缓冲池扩展后，将从注册表中删除所有相关的配置设置。SQL Server 实例关闭时，将会删除缓冲池扩展文件。

扩展缓存区注意事项

设置缓存区的时候，缓冲池扩展大小最大可为 max_server_memory 值的 32 倍。建议物理内存 (max_server_memory) 的大小与缓冲池扩展的大小之比不应超过 1:16。 介于 1:4 至 1:8 之间的比率是最佳的。

Buffer Pool扩展的优势

为了验证Buffer Pool扩展的作用，我们做了3个场景的数据读取，并对比磁盘物理读取次数与执行时间。

数据在磁盘上，从磁盘读取数据。

该种场景是在语句执行时，数据存储在磁盘上，执行步骤如下：

• 使用 dbcc dropcleanbuffers 命令清空 Buffer  Pool 中的数据
  
• 开启IO 统计 set statistics io on
  
• 执行查询语句
  

从上图可以看出，当数据在磁盘上时，该查询执行了2次物理读即从磁盘读取了2页的数据。

  

   从上图可以看出，该语句读持续了169毫秒。

   

数据在内存缓存中，从内存读取数据

该种场景是在语句执行时，数据在内存缓存上：

• 执行查询语句，数据从磁盘读取到缓存
  
• 开启IO 统计 set statistics io on
  
• 再次执行语句，查看IO信息与执行时间
  

从上图可以看出，当数据在内存缓存上时，该查询执行了0次物理读。

   

    从上图可以看出，该语句读持续了2毫秒。

   

数据在SSD扩展盘上有缓存，从SSD缓存读取数据

该种场景是在语句执行时，数据存储在Buffer Pool扩展 SSD硬盘上：

定位当前查询的数据所在的页，执行查询，使用 %%physloc%%获取当前记录行对应的标记信息（0x85E5000001000000）

标记信息是十六进制，将其转换为十进制数字，该标记0x后8为表示所在的页号；在转换的过程中这8位数字需要做个顺序调整,如上图中的值（0x85E5000001000000）需要转换为如下计算方式：

select cast(0x0000e585 as int )

获取页号后执行如下语句查看该页在Buffer Pool 中的情况。

select * from sys.dm_os_buffer_descriptors a where  a.page_id='58757'

从如上执行结果可以看出，58757 页对应的is_in_bpool_extension值为1，说明该页存储在Buffer Pool 扩展上。

执行查询语句，查看IO信息，如下图：

从上图可以看出，当数据在Buffer Pool 扩展有缓存时，该查询执行了0次物理读。

从上图可以看出，该语句读持续了49毫秒。

结论
　　通过同一环境中的如上三个场景测试，测试结果如图：

　

物理读次数

持续时间

数据页在磁盘

2次

169毫秒

数据页缓存在内存

0

2毫秒

数据页缓存在SSD Buffer Pool扩展

0

49毫秒

　　通过如上测试，我们知道使用SSD Buffer Pool扩展后，当内存不足时内存中的干净数据会移至SSD Buffer Pool扩展上，此时再次读取这些数据的时候降低了IO操作，并且读取时间较直接从硬盘读取数据快。