Повышенная нагрузка на диски сервера баз данных SQL Server

Повышенная нагрузка на диски сервера баз данных 

                С проблемой повышенной нагрузки на диски (дисковые хранилища и массивы, далее просто диски), сталкиваются почти все администраторы и специалисты технической поддержки при эксплуатации средних и крупных информационных систем на базе SQL Server (от 50 активных пользовательских сессий). Но всегда ли правильно идет интерпретация проблемы, попробуем разобраться на нескольких практических примерах.

                Как правило, повышенную нагрузку на диски можно определить различными способами. Основной из них – это получение счетчика «Средней длины очереди к диску»:

Рис.1. Средняя длина очереди к диску для чтения и записи

На рис. 1 можно наблюдать типичную ситуацию с повышенной очередью к диску, «на пальцах» этот параметр можно объяснить, как среднее количество пакетных заданий для физического диска в очереди к выполнению. В моменты повышенной очереди к диску возникают задержки на всех, даже минимальных операциях с диском, что в ряде случаев приводит к общему падению производительности. Следует учитывать возможности каждого диска по параллельной обработке, так как от этого зависит критичность проблемы. В случае, если средняя очередь к диску больше, чем возможности диска, то проблема стоит очень остро и повлияет в общем на скорость всех операций и информационной системе. Если же средняя очередь к диску больше 1, но меньше возможностей диска, то диск справляется с нагрузкой за счет своих ресурсов, но это не значит, что проблемы не существует вообще, – повышенная нагрузка на диск может привести к уменьшению срока жизни механизмов диска. 

Рассмотрим несколько основных причин повышенной нагрузки на диски для систем на базе MS SQL Server.

1. Нагрузка на диски обусловлена быстрым вытеснением данных из кеша SQL Server.

Рис.2. Демонстрация вытеснения данных из кеша SQL Server

                На рисунке 2 показаны 3 условных этапа различной нагрузки на диск. На этапе 1 и этапе 3 – очереди к диску были минимальны. Почему же на этапе 2 очередь резко возросла и это привело к появлению проблем производительности у пользователей? Ответ на этот вопрос легко найти на втором графике рисунка 2: «Ожидаемый срок жизни страницы памяти», который показывает предполагаемое время нахождения страницы данных в кеше SQL Server. Между двумя этапами видим резкое понижение этого графика со значения 3000 до 200. С точки зрения логики работы SQL Server это означает, что данные будут находится к кеше не 3000 секунд как раньше, а 200 секунд, следовательно, если пользователь запросит данные через 300 секунд, то SQL Server с почти 100% вероятностью не найдет их в оперативной памяти (кеше) и придется выполнять операцию чтения с диска. Этими операциями обеспечивается рост очереди к диску. В течение всего этапа 2 кеш «прогревался» (заполнялся данными) и на этапе 3 нагрузка на диск упала.  

Мы определили вид проблемы, теперь рассмотрим варианты решения.

                Что надо сделать:

— Найти тяжелые неоптимальные запросы, которые вытеснили данные из кеша SQL Server. Прошу обратить внимание, что это не всегда равносильно поиску длительных запросов, так как зачастую быстрые, но неоптимальные запросы SQL приводят к подобным проблемам.

— Возможно проблема в качестве обслуживания статистик и индексов MS SQL Server.

Что не надо делать:

—          Не надо покупать новые диски (дисковые массивы), это не решает проблему, а скорее ее усугубляет.

Для написания материала мы использовали инструмент для мониторинга производительности PerfExpert, позволяющий обеспечить возможность сбора и глубокого анализа данных.

Рассмотрим еще несколько практических ситуаций с повышенной нагрузкой на диск, где причиной являются совершенно различные по природе причины.

2. Нагрузка на диски, обусловленная свопированием памяти на диски вследствие нехватки свободной памяти.

Рис.1. Практический пример повышенной нагрузки на диск

На рисунке 1 показана практическая ситуация на сервере БД SQL Server у клиента в течение 1,5 часов. Как видно по счетчику «Средней длины очереди к диску» диск нагружен и не справляется с количеством обращений к нему.

На рисунке также показаны два других показателя: «Нагрузка CPU», «Свободная оперативная память» для поиска причин торможения диска. Условно делим ситуацию на два этапа: первый этап – очередь к диску практически равна 0 и пользователи работают в обычном режиме, и второй этап – в течение которого очередь к диску поднимается до максимальных значений (342) и пользователи не могут качественно работать. Чем же обусловлена такая нагрузка на диск?

Нагрузка обусловлена процессом свопированием оперативной памяти на диск, при котором при нехватки оперативной памяти некоторые страницы записываются в специальную область на физический диск. При этом скорость работы с такими страницами падает, повышается нагрузка на диск и замедляются все операции в системе.

Показатель «Свободная оперативная память» как раз показывает доступность реальной оперативной памяти для других процессов, а, следовательно, чем его значение больше, тем меньше вероятность свопирования. На рисунке 1 значение свободной оперативной памяти на сервере баз данных постоянно уменьшается до 500 Мб, далее до 200 Мб, это в свою очередь и привело к нагрузке на диск (на этапе 2).

Встает вопрос – а зачем на рисунке 1 мы показали счетчик «Нагрузка CPU»? Все просто, на этапе 1 средняя загрузка CPU была около 50%, на этапе 2 – 40%, при этом в системе работало аналогичное количество пользователей. Такое уменьшение значения говорит о том, что процессор недозагружен и узкое место в производительности сместилось в сторону диска (он не справляется).

Для исправления этой ситуации достаточно правильно распределить потребление оперативной памяти и не допустить уменьшение ее объема до 500Мб (как рекомендация). Неправильным вариантом решения была бы покупка более производительного физического диска или хранилища.

    3. Нагрузка на диски, обусловленная внутренними механизмами работы SQL Server.

Рис. 2. Периодическая нагрузка на диск

Как видно из рисунка 2, периодически очередь к диску увеличивается, причем эти «скачки» происходят через одинаковые временные интервалы. Это может говорить о том, что есть периодически повторяемые регламентные операции.

Из нашего опыта это могут быть следующие операции:

—   Увеличение размера файлов данных и лога транзакций (особенно если указан фиксированный размер прироста).

— Резервная копия файла данных или журнала транзакций.

— Операция лог-шиппинга.

Сбор и анализ данных осуществлялся с использованием мониторинга производительности PerfExpert.