SQLServer 性能调优方法小结

数据库性能优化的应用场景相当广泛，但SQL语句与业务联系紧密，代码层面的优化可能需要花费相当多的时间与精力。除了代码层面，语句执行层面的优化、更佳的SQL语句使用执行计划、运行在一个稳定高效的环境，同样是高效也更符合运维的一种优化手段。下面我分享一些SQL Server在配置方面的性能优化思路，从CPU、内存、I/O、执行计划等层面，内容包含了最大并行度、资源调控器、查询提示几个功能的介绍与配置方法。



一、最大并行度（MAXDOP）



1.介绍

最大并行度是指会话可以使用的最大线程数，对于大批量查询，例如大表的扫描，使用多个线程同时扫描能成倍地提高效率；但是对于小型查询，例如只修改小表里一行的内容，则没必要使用多个线程。



一般情况下，会话最终使用多少个线程是由查询优化器决定的（可以通过option查询子句进行干预）。查询语句提交到SQL Server后会先进行解析，然后进行优化和简化（例如子查询转为对应连接、优先应用筛选条件），生成一系列执行计划，最后根据统计信息计算开销，选择合适的执行计划。最终预估的开销决定了会话使用多少并行度。



在服务器配置选项中，我们能通过“最大并行度”、“并行的开销阈值”两个配置进行调整，最大并行度的默认值是0，即不限制并行度，最大能使用到与CPU核数相等的并行度。但是对于明显有性能问题的系统，则需要考虑调整这个高级选项进行优化：



2.配置方法

• 检查/配置“最大并行度”设置



• 检查/配置“最大线程数”设置





3.注意事项

以下列举了一些场景作为参考：



• OLTP系统

单纯的OLTP系统由高并发的小事务组成，不适合使用太高的并行度，可以将最大并行度设置为1，即不开启并行查询；如果调整后明显感觉到执行时间太长，应用反应变慢，则可以逐步提高到2、4、8再进行观察。（对于这类语句执行频繁的小事务，执行计划的选择也是非常重要的优化方向，需要结合语句单独分析）



• OLAP系统

单纯的OLAP系统由只读长事务组成，事务执行时间都较长，例如报表统计、历史数据导出。这类事务的特点是会连接大量表、读取大量数据、进行大量计算，对于语句执行效率来说并行度越高越好。尽管官方文档推荐8核以上的服务器也使用并行度8，但在没达到CPU瓶颈的情况下可以尽可能提高OLAP系统的最大并行度，或者不限制最大并行度。



• 混合系统

实际中更常见的是读写混合的系统，在承载应用写操作的同时也承载一些小型报表的查询，这类系统则需要进行反复的调整以达到最佳的并行度设置：写操作通常开销较小，只会用1个并行度；普通的检索开销也一般不大，使用较低并行度；报表通常开销较大，会使用较高并行度。



在CPU资源有限的情况下，配置最大并行度为1可以保证最关键的写操作能获得足够的资源；但如果读操作需要使用并行来提高效率（maxdop=1时语句执行太慢），可以适当调到2并逐步增加；如果只需要提高那些执行时间很长的查询，可以提高“并行的开销阈值”，只让高开销的查询使用并行。



• “并行的开销阈值”是一个相对值，没有单位，默认是5，只能通过一步步测试调整来选用最佳的设置。

• 最大连接数默认值为0，但不是没上限，而是根据CPU核数递增，官方给出的计算公式为Default Max Workers + ((logical CPUs - 4) * Workers per CPU)。





例如：一个64核的SQL2016最大线程数默认为1472，默认最大并行度为64，如果一个会话引发了阻塞，被阻塞的会话并行度都很高，那么积累了几十个会话之后线程数就满了，这在繁忙的系统上可能只会花几分钟的时间。线程数满了以后新的连接无法建立，应用开始报错，直到阻塞源消失才会恢复。



这种时候普通用户无法连接数据库，我们可以通过管理员专用通道（DAC）进行连接，在连接实例的名称前加上admin:即可，例如admin:127.0.0.1，DAC连接只能同时存在1个。线程占满的根本原因还是阻塞源的处理，提高最大线程数只是一种无奈之举。



注：日常运维不建议使用DAC连接，因为DAC连接有更高的CPU优先级，服务器压力较大时有可能会抢占普通线程，引发阻塞。



• 调整最大并行度的优点是快速，修改配置后无需停机即时生效，但无法进行颗粒度更细的资源分配，而下面的资源调控器则可以做到。



二、资源调控器（RESOURCE GOVERNOR）



1.介绍

这是一个SQL Server 2008开始的功能，可以通过登录名（函数user_name()）、当前时间（函数getdate()）等会话属性进行筛选，对会话使用的CPU、物理 I/O 和内存进行人为限制，保证关键功能有充足的资源可用。



开启资源调控器后（默认关闭），会话发出请求会先通过“分类器函数”进行分类，路由到相应的“工作负荷组”，每个工作负荷组都映射到一个“资源池”，再根据资源池中设置的CPU、I/O、内存阈值来决定会话的资源分配。



• 资源池

可以看作是一个虚拟的SQL Server实例，默认有两个资源池（内部资源池和默认资源池），支持用户自行创建；

注：外部资源池定义的是外部进程的资源，如R 服务的rterm.exe、BxlServer.exe，与本次讨论的内部资源无关。



• 工作负荷组

相当于具有分类标准的会话容器，我们可以根据工作负荷组对会话进行聚合监控。每个工作负荷组都只处于一个资源池中，默认有两个工作负荷组（内部工作负荷组和默认工作负荷组），支持用户自行创建；



• 分类

对传入会话进行分类，分配到工作负荷组。

注：资源调控器不向专用管理员连接 (DAC) 施加任何控制。无需对在内部工作负荷组和资源池中运行的 DAC 查询进行分类。



2.创建与配置资源调控器

• 通过图形界面创建较为直观，如需指定I/O相关的限制，则必须脚本创建，可以在图形界面生成脚本再进行修改。







这里新建了一个资源池vip_pool、工作负荷组vip_group，最小CPU预留了5%，最大不超过20%，内存无限制，资源池中还创建了工作负荷组vip_group；（注意下方脚本指定了cap_cpu_percent=20，就是说即使系统空闲也不会使用超过20%的CPU）



USE [master]
GO

CREATE RESOURCE POOL [vip_pool] WITH(min_cpu_percent=5, 
    max_cpu_percent=20, 
    min_memory_percent=0, 
    max_memory_percent=100, 
    cap_cpu_percent=20, 
    AFFINITY SCHEDULER = AUTO
, 
    min_iops_per_volume=0, 
    max_iops_per_volume=0)
GO

USE [master]
GO

CREATE WORKLOAD GROUP [vip_group] WITH(group_max_requests=0, 
    importance=Medium, 
    request_max_cpu_time_sec=0, 
    request_max_memory_grant_percent=25, 
    request_memory_grant_timeout_sec=0, 
    max_dop=0) USING [vip_pool], EXTERNAL [default]
GO



• 新建分类器函数（此处指定了登录名vip的会话，将路由到工作负荷组vip_group，其余会话都将在默认的default组）



CREATE FUNCTION [dbo].[rgClassifier]() 
RETURNS sysname 
WITH SCHEMABINDING
AS
BEGIN
     DECLARE @grp_name AS sysname;
     SET @grp_name = 'default';
     IF (USER_NAME()='vip')
   begin
          SET @grp_name = 'vip_group'
      RETURN @grp_name
   end
     RETURN @grp_name;
END
GO
-- Set the classifier function for Resource Governor
ALTER RESOURCE GOVERNOR 
WITH ( 
  CLASSIFIER_FUNCTION = [dbo].[rgClassifier]
)
GO
ALTER RESOURCE GOVERNOR RECONFIGURE



• 下面是效果演示，这里使用了一个1亿行表与100万行表连接，手动指定cpu消耗较高的hash join，对比普通登录名与vip登录名的执行时长（图1），并通过性能计数器查看对应的CPU使用情况（图2，红线default组，绿线vip_group组）：

 







3.注意事项

• 在所有资源池中，CPU、内存的最小值相加不能超过100，最大值的设置在系统空闲的时候是可以超出的，但是当其他资源池设置了最小值时，则一定会预留出来。如果需要限制资源池不利用空闲资源，要指定cap_cpu_percent；



• 资源池中I/O的值不能用图形界面设置，在脚本中配置的值为min_iops_per_volume、max_iops_per_volume，注意这里的单位不是%，而是IOPS，设置为0代表不限制。存储设备差异较大，难以用数值衡量百分比，如SSD的4K随机IOPS能达到10万级别，但机械磁盘通常只有100级别。如果需要对I/O进行设置，请先做好充分测试；



• 启/停/修改资源调控器不需要重启服务器，但用脚本设置后记得运行ALTER RESOURCE GOVERNOR RECONFIGURE使配置生效；



• 更多设置说明与最佳实践参考官方文档：https://docs.microsoft.com/zh-cn/sql/relational-databases/resource-governor/resource-governor-resource-pool?view=sql-server-ver15



三、查询提示（Query Hints）



查询提示可以对当前语句的执行计划进行干涉，但在通常情况下，查询优化器选择的执行计划已经足够高效，只推荐利用查询提示进行性能分析，或者用在一些特殊的语句上。



1.表提示（WITH子句）

这里只介绍一些常用项，详细使用方法参考官方文档：https://docs.microsoft.com/zh-cn/sql/t-sql/queries/hints-transact-sql-table?view=sql-server-ver15



• NOLOCK

查询不加表S锁，可能造成脏读，不强调一致性的报表类语句可以使用，防止读表时阻塞写操作，很常用。但对于AlwaysOn辅助副本，即使加了WITH(NOLOCK)也会在库级别添加SCH-S锁防止数据库被修改，这个锁会阻塞redo线程，引发主从延迟，最根本的解决方法还是优化语句，避免单个语句长时间执行。



同类的提示还有HOLDLOCK、PAGLOCK、ROWLOCK、TABLOCK、UPDLOCK、XLOCK等，适用于各种需要保证结果一致性的地方。



• INDEX(<index_name>)

强制使用特定的索引，不推荐用，如果索引被删除则语句会执行失败，查询优化器没走最佳索引通常是另有原因，例如统计信息偏差太大、计算开销的误差太大。



同类的提示还有FORCESEEK、FORCESCAN，不推荐用在生产，理由同上。

WITH子句用法是加在表名后，例如：

select * from msdb.dbo.sysjobs as a with(nolock)



2.OPTION子句

这里只介绍一些常用项，详细使用方法参考官方文档：https://docs.microsoft.com/zh-cn/sql/t-sql/queries/hints-transact-sql-query?view=sql-server-ver15 



• MAXDOP

指定当前语句的最大并行度。

第一节提到可以在整个实例层面配置最大并行度，对於单个查询则可以使用查询提示OPTION(MAXDOP 1)来覆盖全局设置。



• QUERYTRACEON

仅对当前查询开启追踪标志，会覆盖全局设置。

例如OPTION(QUERYTRACEON 8649)可以将并行开销阈值降为0，即强制使用并行计划，更多追踪标志参考官方文档：https://docs.microsoft.com/zh-cn/sql/t-sql/database-console-commands/dbcc-traceon-trace-flags-transact-sql?view=sql-server-ver15



• RECOMPILE

强制重新生成执行计划。

生成执行计划会带来额外的消耗，对于大型的查询语句，带来的收益可能远大于重新生成执行计划的开销；但对于执行频繁的小查询，还有其他查询提示可以干预执行计划的生成，不推荐使用。



• FAST <integer_value>

快速返回前N行，然后查询会继续执行直至生成完整的结果。



• MAXRECURSION <integer_value>

指定当前查询的最大递归数，覆盖全局设置，防止进入无限循环。



• OPTIMIZE FOR

针对特定参数生成执行计划，需要详细统计业务访问的构成，一般不建议干涉执行计划。



当缓存中存在有效的执行计划时，语句会直接沿用现有的执行计划来避免生成执行计划的性能消耗，但对于参数化的语句，例如存储过程内的语句，每次的参数可能不一样，但执行计划会使用同一个，而这个执行计划是根据第一次执行的时候传入的参数选择的，未必对于其他参数也是最优解。



例如下方语句，则参数@city_name使用值'Seattle'而非初始值，参数@postal_code使用统计数据而非初始值



CREATE PROCEDURE dbo.RetrievePersonAddress
@city_name NVARCHAR(30), 
 @postal_code NVARCHAR(15)
AS
SELECT * FROM Person.Address 
WHERE City = @city_name AND PostalCode = @postal_code 
OPTION ( OPTIMIZE FOR (@city_name = 'Seattle', @postal_code UNKNOWN) );

 

注：存储过程sp_create_plan_guide也可以达到类似的效果，具体用法参考官方文档：https://docs.microsoft.com/zh-cn/sql/relational-databases/system-stored-procedures/sp-create-plan-guide-transact-sql?view=sql-server-ver15



• MERGE JOIN

强制语句使用MERGE JOIN，仅适用性能优化排查，或者明确使用场景的语句。

同类型的还有：

{ HASH | ORDER } GROUP

{ CONCAT | HASH | MERGE } UNION

{ LOOP | MERGE | HASH } JOIN

FORCE ORDER



• 表提示也可以写在OPTION子句中，官方文档中有例子。

OPTION子句用法是加在整个查询语句后，例如：



select * from msdb.dbo.sysjobs as a with(nolock) join msdb.dbo.sysjobhistory as b with(nolock) on a.job_id = b.job_id where a.[name] = 'syspolicy_purge_history'
option(maxdop 1)