sql server中的任务调度与CPU深入讲解

一. 概述

我们知道在操作系统看来， sql server产品与其它应用程序一样，没有特别对待。但内存，硬盘，cpu又是数据库系统最重要的核心资源，所以在sql server 2005及以后出现了SQLOS，这个组件是sqlserver和windows的中间层，用于CPU的任务调度，解决I/O的资源争用，协调内存管理等其它的资源协调工作。下面我来试着讲讲SQLOS下的Scheduler调度管理。话不多说了，来一起看看详细的介绍吧。

二. CPU 的配置

在Sql server 里点击数据库实例右键到属性，选择处理器进行配置。最大工作线程数的默认值是0 （注意这里配置的是worker它是对CPU的真正封装）。这使得SQL Server能够在启动时自动配置工作线程的数量。默认设置对于大多数系统是最好的。但是，根据您的系统配置，将最大工作线程数设置为一个特定的值有时会提高性能。当查询请求的实际数量小于最大工作线程数时，一个线程处理一个查询请求。但是，如果查询请求的实际数量超过最大线程量时，SQLServer会将Worker Threads线程池化，以便下一个可用的工作线程可以处理请求。

配置如下图所示:

也可以通过T-sql配置，下例通过sp_configure将max worker线程选项配置为900

USE AdventureWorks2012 ; 
GO 
EXEC sp_configure 'show advanced options', 1; 
GO 
RECONFIGURE ; 
GO 
EXEC sp_configure 'max worker threads', 900 ; 
GO 
RECONFIGURE;

Max Worker Threads服务器配置选项不考虑的线程， 像高可用、Service Broker、 Lock 管理等其它。如果配置的线程数量超过了，下面的查询将提供关于系统任务产生的额外线程信息

is_user_process = 0 表示系统任务，非用户任务。

SELECT s.session_id, r.command, r.status, r.wait_type, r.scheduler_id, w.worker_address, 
w.is_preemptive, w.state, t.task_state, t.session_id, t.exec_context_id, t.request_id 
FROM sys.dm_exec_sessions AS s 
INNER JOIN sys.dm_exec_requests AS r 
ON s.session_id = r.session_id 
INNER JOIN sys.dm_os_tasks AS t 
ON r.task_address = t.task_address 
INNER JOIN sys.dm_os_workers AS w 
ON t.worker_address = w.worker_address 
WHERE s.is_user_process = 0;

下面显示每个用户的活动会话数

SELECT login_name ,COUNT(session_id) AS session_count 
FROM sys.dm_exec_sessions 
WHERE status<>'sleeping'
GROUP BY login_name; 

下表显示了各种CPU和SQLServer组合的最大工作线程的自动配置数量。

根据微软的建议：这个选项是一个高级选项，应该只由经验丰富的数据库管理员或经过认证的SQL Server专业人员更改。如果您怀疑存在性能问题，则可能不是工作线程的可用性。原因更像是I/O，这会导致工作线程等待。在更改最大工作线程设置之前，最好找到性能问题的根本原因。

二.调度原理

2.1 Scheduler任务调度

Sqlserver 的一个Scheduler对应操作系统上的一个逻辑CPU用于任务分配。调度分配从NUMA节点级别开始。基本算法是一个用于新连接的循环调度。当每个新的连接到达时，它被分配给基于循环的调度器。在相同的NUMA节点内，以最小的负载因子分配给调度器的新连接。

2.2  Worker

Worker又称为WorkerThread，每个Worker跟一个线程，是Sql server任务的执行单位。 多个Worker对应一个Scheduler，公式Workers=max worker threads/onlines scheduler。在一个Scheduler上，同一时间只能有一个Worker运行。例如4个处理器的64位操作系统，它的每个Scheduler的Worker是512/4=128。

2.3  Task

在Worker上运行的最小任务单元。最简单的Task就是一个简单的Batch，当一个会话发出一个请求时，Sql server会把这个请求拆分一个或多个任务(Tasks),然后关联对应个数的工作者线程(worker thread)。

例如下面是二个Task ,二个Task可能不是同一个Worker。二个Worker也可能不是同一个Scheduler.           

select @@servername
Go
select getdate()
GO

每个Task线程都有3个状态:

• Running: 一个处理器在某个时间只能做一件事情，当一个线程正在一个处理器上运行时，这个线程的状态就是running。
• Suspended: 没有足够资源时，当前线程放弃占有处理器，变成挂起状态。
• Runnable: 一个线程已完成了等待，但还没有轮到它运行，就会变成runnable状态，这种信号等待(signal wait)

2.4 Yielding

Yelding就是所有逻辑scheduler上运行的Worker都是非抢占式的, 在 Scheduler上Worker由于资源等待,让出给其它Worker就叫Yielding。

下面讲述几种发生的状态：

　　1. 当Woker在Scheduler上运行了超过4ms,就做Yielding。

　　2. 每做64k的结果集的排序，就会做一次Yielding。

　　3. 做语句Complie编译的过程中,这个过程比较占CPU资源时，经常会有Yielding等。

2.5 调度关系图如下：

2.5  Task在调度运行图如下：

1. 当 Task 是Runnig时，它是Schedler的活动Worker。

2. 当 Task只等待CPU运行时，它被放入Schedler可运行的队列中。

3. 当 Task 在等待某个资源时（比如锁、磁盘输入/输出等）时，它处于“Suspended挂起状态” 状态。

4. 如果Task Scheduler挂起状态完成了等待，那么它就会被放到Scheduler 的Runnable队列的末尾。

5. 如果运行线程自动Yidlding让步，则将其放回Scheduler 的Runnable队列的末尾。

6. 如果运行的线程需要等待某个资源，它将被调出Scheduler调度器并进入挂起状态Waiter list。

7. 如果正在运行的线程完成它的工作，那么Runnable队列的顶部的第一个线程就变成了“运行”线程。

三. 使用dmv任务查看

3.1.  通过sys.dm_os_sys_info 查看scheduler与cpu的关系如下:

　SELECT cpu_count,max_workers_count,scheduler_count FROM sys.dm_os_sys_info

3.2  查看最大Worker数　　

select max_workers_count from sys.dm_os_sys_info　　

3.3  查看Task与Worker关系

--在每一个连接里，我们可能会有很多batch,分解成多个task以支持如并行查询
 select task_address,task_state,scheduler_id,session_id,worker_address 
 from sys.dm_os_tasks where session_id>50

select state,last_wait_type,tasks_processed_count,task_address, worker_address, scheduler_address
 from sys.dm_os_workers where worker_address =0x00000000043621A0

3.4 查看Scheduler

--scheduler_id<255 代表用户CPU,相反代表SYSTEM SCHEDULER
SELECT
 scheduler_id,
 cpu_id,
 is_online,
 current_tasks_count,
 runnable_tasks_count,
 current_workers_count,
 active_workers_count,
 work_queue_count
 FROM sys.dm_os_schedulers
 WHERE scheduler_id < 255

cpu_id:关联的cpu 。 CPU ID  >=255 这类Scheduler都用于系统内部使用。比如说资源管理、DAC、备份还原操作等。

 　　is_online: 0 调度器离线，1 在线。

　　current_tasks_count:当前任务数，状态包括：(等待，运行，已完成)。

　　runnable_tasks_count:以分配任务，并在可运行队列中等待被调度的任务数，使用率不高的情况下，这个值会是0。

　　current_workers_count:此scheduler关联的线程数。包括处于空闲状态的线程work。

　　active_workers_count:当前处理活动的线程数,它必须关联任务task,包括running,runnable,suspend。

　　work_queue_count:队列中的任务task等待数，如果不为0，意味着线程用尽的压力。

讲到这里，后面讲讲CPUf过高的分析...

参考文献：

　　Troubleshooting SQL Server Scheduling and Yielding

　　Microsoft SQL Server企业级平台管理实践

　　How It Works: SQL Server 2012 Database Engine Task Scheduling

总结