磁盘I/O评估方案

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如果将 SQL Server 配置成仅包含几个千兆字节 (GB) 的数据，且不承担繁重的读或写活动，便没有太大的必要关注磁盘 I/O 主题，以及在硬盘之间平衡 SQL Server I/O 活动以获取最佳性能。但是要建立包含成百上千 GB 字节的数据且/或承担繁重的读和/或写活动的大型 SQL Server 数据库，就有必要在多个硬盘之间平衡负荷，以配置最佳的 SQL Server 磁盘 I/O 性能
    标称的磁盘传输率与 SQL Server 的关系
　　 优化数据库性能最重要的一个方面是调整 I/O 性能。SQL Server 当然也不例外。除非 SQL Server 运行在一台具有足够大的内存可容纳整个数据库的机器上，否则 I/O 性能将由磁盘 I/O 子系统处理 SQL Server 数据读写的速度来决定。
请记住下面的经验法则：标准的 Wide Ultra SCSI-3 硬盘每秒钟可为 Windows 和 SQL Server 提供 75 个不连续（随机）的 I/O 操作和 150 个连续的 I/O 操作。这种硬盘的标称传输率在 40 MB/秒左右。请记住更有可能限制数据库服务器的传输率是每秒钟 75/150 I/O，而不是 40 MB/秒。具体演算如下：
每秒 75 次随机 I/O 操作）X（8 KB 传输）= 每秒 600 KB 　
　　上面的计算表示如果在给定的硬盘上进行严格的随机读或写 SQL Server 操作（单页读和写），有可能该硬盘最高只能达到每秒 600 KB（即每秒 0.6 MB）的处理能力。这比驱动器标定的每秒 40 MB 的 I/O 处理能力要低得多。SQL Server 工作线程、Graphical ShowPlan 和 LazyWrtier 执行 8 KB 传输量的 I/O。 　
　　 （每秒 150 个连续 I/O 操作）X（8 KB 传输）= 每秒 1,200 KB
　　上面的计算表示如果在给定的硬盘上进行严格的连续读或写 SQL Server 操作（单页读或写），有可能在该硬盘上达到最高每秒 1,200 KB（即每秒 1.2 MB）的处理能力。
（每秒 75 个随机 I/O 操作）X（64 KB 传输）= 每秒 4,800 KB (4.8 MB)
　　 上面的计算表示预读的最次方案（假定进行的都是随机 I/O）。请注意即便在完全进行随机 I/O 的情况下，64 KB 传输量仍然可以提供比单页传输率（0.6 和 1.2 MB/s）要好得多的 I/O 磁盘传输率 (4.8 MB/s)：
（每秒 150 个连续 I/O 操作）X（64 KB 传输）= 每秒 9,600 KB (9.6 MB)
　　上面的计算表示如果在给定的硬盘上进行严格的连续读或写 SQL Server 操作，有可能在该硬盘上达到最高每秒 9.6 MB 的 I/O 处理能力。这比随机 I/O 的情况要好得多。SQL Server Read-Ahead Manager 以 64 KB 传输率执行磁盘 I/O，并试图安排读操作，以便连续地（通常也称为“按磁盘顺序”）进行预读扫描。因为 Read-Ahead Manager 的目的是连续地执行 I/O 操作，而进行页拆分可能导致扩展盘区的读取不连续，这就是要消除和防止页拆分的原因。
    Log Manager 最大可连续地将 32 KB 字节写入日志文件。 　
　　 连续和不连续的磁盘 I/O 操作
　　连续和不连续这两个词在硬盘操作中用得非常多。有必要花一些时间来解释一下这两个词对于硬盘的意义。一个硬盘由一组驱动器盘片组成。每个驱动器盘片都通过一组带读/写磁头的取数臂为读/写操作提供服务，这些读/写磁头可以在盘片之间移动，读取驱动器盘片中的信息或者将数据写入盘片。就 SQL Server 而言，应记住硬盘的两个重要特性.
    读/写磁头和相关的磁盘取数臂需要移动才能在 SQL Server 和 Windows 所要求的硬盘盘片的位置上进行查找和操作。如果数据所在的硬盘盘片的位置不连续，硬盘驱动器要花多得多的时间才能将磁盘取数臂和读/写磁头移动到所有需要的硬盘盘片位置。如果所需要的数据全部位于硬盘盘片上的连续物理扇区，情况则相反，磁盘取数臂和读/写磁头只需进行很小的移动就能完成所需磁盘 I/O 操作。连续和不连续的情况下所花的时间有很大的差异，每个不连续的数据查找大约要花 50 毫秒，而连续的数据查找则只需大约 2-3 毫秒。请注意这些值是粗略估计出来的，具体值将取决于不连续的数据在磁盘上分布的疏密、硬盘盘片的旋转速度 (RPM) 以及硬盘的其它物理属性。主要要记住的一点是连续 I/O 有益于 SQL Server 性能。
    磁盘 I/O 传输率/RAID 控制器传输率/PCI 总线带宽
　　 标准的硬盘提供的最大传输率是每秒 40 MB 或每秒 75 个不连续磁盘传输/150 个连续磁盘传输。 标准 RAID 控制器标称的传输率大约为每秒 40 MB 或（非常接近）每秒 2,000 个磁盘传输。外围元件互连 (PCI) 总线的标定传输率大约为每秒 133 MB 或更高。设备实际的传输率将与标称的传输率不同，但这个问题对于我们此处的讨论并不重要。重要的是了解如何用这些传输率来粗略估算与每个 RAID 控制器相联的硬盘的数量，以及一个 PCI 总线连接多少个驱动器和 RAID 控制器不至于出现 I/O 瓶颈问题。
    在前面的“标称的磁盘传输率和 SQL Server 的关系”部分，已计算出每秒钟最多可以从硬盘读出或写入硬盘的 SQL Server 数据量为 9.6 MB。假定 RAID 控制器每秒钟可处理 40 MB，粗略地计算可与一个 RAID 控制器相联的硬盘数目应为 40 除以 9.6，答案约等于 4。这表示当 SQL Server 只进行 64 KB 的连续 I/O 时，可与一个控制器相联的驱动器最多为 4 个。类似地，前面已计算出对于 64 KB 的全部不连续 I/O，从硬盘到控制器的最大数据传输率为 4.8 MB/秒。40 MB/秒除以 4.8 MB/秒约等于 8。也就是说，在不连续的 64 KB 方案中，与单个控制器相联的硬盘最多为 8 个。随机 8 KB 数据传输方案需要的驱动器最多。40 除以 0.6 约等于 66，这表示需要 66 个驱动器才能使进行 100% 随机 8 KB 读和写的 RAID 控制器饱和。这不是实际可行的方案，因为预读和日志记录所使用的传输量大于 8 KB，并且 SQL Server 不可能执行 100% 的随机 I/O。
　　 另一种计算可与 RAID 控制器相联的驱动器的数目的方法是从每秒的磁盘传输出发，而不是从每秒的字节数出发。如果某个硬盘每秒可进行 75 个不连续的（随机）I/O，理论上 26 个联在一起的驱动器每秒钟可产生 2,000 个不连续的 I/O，足以达到单个 RAID 控制器的最大 I/O 处理能力。另一方面，只需 13 个硬盘联在一起就能产生每秒 2,000 个连续 I/O，从而使 RAID 控制器以最大吞吐量运行，这是因为单个硬盘每秒可以承受 150 个连续 I/O。  
    现在来讨论 PCI 总线。请注意 RAID 控制器和 PCI 总线瓶颈没有与硬盘有关的 I/O 瓶颈常见。但是为便于说明，我们假定与某个 RAID 控制器相联的一组硬盘足够忙，以至于每秒有 40 MB 的吞吐量通过控制器。下一个问题是“PCI 总线上联多少个 RAID 控制器比较安全，不会引发 PCI 总线 I/O 瓶颈问题？”要进行粗略估算，可以用 PCI 总线的 I/O 处理容量除以 RAID 控制器的 I/O 处理容量：133 MB/秒除以 40 MB/秒约等于 3，这表示一个 PCI 总线上可以联大约 3 个 RAID 控制器。请注意多数大型服务器带有多个 PCI 总线，这使得单个服务器上可以安装更多的 RAID 控制器。 　
　　 这些计算有助于说明组成磁盘 I/O 子系统的各个组件（硬盘、RAID 控制器和 PCI 总线）的传输率的关系，但不应按字面理解。这是因为这些计算假定全部进行连续数据存取或不连续数据存取，而这在生产数据库服务器环境中几乎是不可能的。实际上，通常既有连续 I/O，也有不连续 I/O，既有 8 KB I/O，也有 64 KB I/O。还有其它因素使得很难准确估算一次通过一组硬盘的 I/O 操作数。RAID 控制器可用的插件读/写高速缓存增加了驱动器组可有效产生的 I/O 数。既然很难准确估算出 SQL Server 环境所需要的 8 KB 和 64 KB I/O 的数，所以同样也很难估算出所增加的 I/O 数。 　
　　 但是我们希望能够通过这部分让您了解所标定的传输率对于 SQL Server 的实际意义。
　　 以下是磁盘I/O的分析方法:
    (1)计算每磁盘的I/O数
        计算公式:RAID0 (reads+writes)/number
                RAID1 (reads+2*writes)/2
                RAID5 (reads+4*writes)/number
                RAID10 (reads+2*writes)/number
         通过公式计算出I/O数与磁盘标称的I/O对比,如果低于标称,说明存在磁盘的性能瓶颈
       (2)与处理器的Privileged Time合并进行分析
       (3)根据Disk sec/Transfer进行分析



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