SQL Server内存架构基础

翻译自：

https://mssqlwiki.com/sqlwiki/sql-performance/basics-of-sql-server-memory-architecture/

1.    32位SQL Server内存架构

在Win32内存架构里，每个进程有4GB的虚拟地址空间。默认情况下，2GB的地址空间可从用户模式访问（应用程序像SQL Server），剩下的2GB可从内核模式访问。

所以，在32位Windows架构里，SQL Server最大可用内存为2GB。

注意：当/3GB开关启用后，用户模式地址空间变为3GB，而内核模式变为1GB。当32位SQL Server运行在64位Windows下（WOW64），它获得4GB的用户地址空间。它也可以在WOW64模式下影响AWE，并可以使用多于4GB内存。

SQL Server“用户地址空间（User address space）”分为两个部分：MemToleave和Buffer Pool。

MemToLeave(MTL)和Buffer Pool(BPool)的大小由SQLServer在启动时决定，如下：

MTL(Memory to Leave) = (Stack size * max worker threads) +Additional space(By default 256 MB and can be controlled by -g)

Stack size = 512 KB per thread for 32 Bit SQL Server

I.e = (256 * 512KB) + 256MB = 384MB

加载DLL的额外空间从SQL Server 2000开始为256MB。该空间用于存储：

1. COM对象

2. 扩展存储过程

3. 进程中加载的链接服务器的内存分配或者在SQL Server进程中其他DLL的加载

4. SQL Server内存管理器的内存分配，如果分配大小大于8K需要持续内存（Multiple_pages_kb）。

5. SQLCLR

注意，加载DLL的额外空间可以使用-g启动参数修改。

在任何机器上，使用少于4个处理器时，最大工作线程（Maximum worker Thread）默认总是为256MB（除非，我们使用sp_configure修改该值）。

SQL Server Buffer Pool为“Phyiscal RAM”和“user modememory(2GB or 3GB) - MTL”的最小值- BUF structures：

BPool = Minimum(Physical memory, User address space – MTL) –BUF structures

为了确保MemToLeave持续分配，SQL Server首先保留MTL，然后是所有的Buffer Pool区域，最后释放MemToLeave区域。

在BPOOL中是什么？

数据页/索引页和SQL Server内存管理器分配的内存，用于以下memory clerk之一。如果内存请求<=8KB。

CACHESTORE_PHDR
CACHESTORE_XMLDBTYPE
CACHESTORE_EVENTS
MEMORYCLERK_SQLSTORENG
MEMORYCLERK_XE
CACHESTORE_XPROC
OBJECTSTORE_SNI_PACKET
CACHESTORE_BROKERRSB
OBJECTSTORE_SERVICE_BROKER
MEMORYCLERK_SQLSERVICEBROKERTRANSPORT
MEMORYCLERK_XE_BUFFER
CACHESTORE_XMLDBATTRIBUTE
MEMORYCLERK_SQLOPTIMIZER
USERSTORE_OBJPERM
USERSTORE_TOKENPERM
CACHESTORE_FULLTEXTSTOPLIST
MEMORYCLERK_SQLGENERAL
MEMORYCLERK_SQLHTTP
CACHESTORE_NOTIF
CACHESTORE_XMLDBELEMENT
OBJECTSTORE_LOCK_MANAGER
MEMORYCLERK_SQLBUFFERPOOL
MEMORYCLERK_SQLSOAP
MEMORYCLERK_TRACE_EVTNOTIF
CACHESTORE_CONVPRI
MEMORYCLERK_QSRANGEPREFETCH
CACHESTORE_BROKERREADONLY
MEMORYCLERK_SQLCLRASSEMBLY
MEMORYCLERK_SOSNODE
CACHESTORE_STACKFRAMES
MEMORYCLERK_SQLCONNECTIONPOOL
MEMORYCLERK_SQLSERVICEBROKER
CACHESTORE_OBJCP
MEMORYCLERK_SQLQUERYPLAN
OBJECTSTORE_SECAUDIT_EVENT_BUFFER
OBJECTSTORE_LBSS
MEMORYCLERK_FULLTEXT
CACHESTORE_TEMPTABLES
CACHESTORE_BROKERTBLACS
MEMORYCLERK_SQLXML
USERSTORE_SXC
MEMORYCLERK_BHF
CACHESTORE_SQLCP
CACHESTORE_SYSTEMROWSET
USERSTORE_SCHEMAMGR
MEMORYCLERK_SQLQUERYCOMPILE
CACHESTORE_BROKERTO
CACHESTORE_BROKERKEK
MEMORYCLERK_SNI
MEMORYCLERK_FULLTEXT_SHMEM
CACHESTORE_BROKERUSERCERTLOOKUP
USERSTORE_DBMETADATA
CACHESTORE_VIEWDEFINITIONS
MEMORYCLERK_SQLQUERYEXEC
CACHESTORE_BROKERDSH
MEMORYCLERK_SQLSOAPSESSIONSTORE
MEMORYCLERK_SQLQERESERVATIONS
MEMORYCLERK_HOST
MEMORYCLERK_SQLXP
MEMORYCLERK_SQLUTILITIES

在MTL(Non-BPool)中是什么？

COM对象

SQL Server CLR

链接服务器OLEDB提供者分配的内存和在SQL Server进程里第三方DLL的加载

扩展存储过程

网络包

内存管理器消耗的内存。如果内存请求>8KB，并需要持续分配。

BUF Structures是什么？

SQL Server对每一页维护着一个BUF结构。该结构用于跟踪与每个buffer相关的状态信息，像buffer latch，一个指向实际8KB页的指针，状态位表明该页是否为脏页，有IO处理。

注意，当AWE启用后，BUF structure维护对于整个RAM调整最大服务器内存不用重启SQL Server。

PAE是什么？

PAE用于增加32位处理器寻址多于4GB物理内存的能力。在boot.ini中，启用/PAE使得操作系统利用多于4GB物理内存。

什么是SQL Server里的AWE？

当AWE启用，32位的SQL Server将能够使用AWE分配器API寻址多于4GB物理内存。

注意，在32位SQL Server里，只有数据页和索引页可以放在AWE内存里。因此，对于其他SQL Server内存对象的可用内存仍然被限制在用户地址空间。

使用AWE分配器API的内存分配不是进程工作集的一部分，因此不能被页交换，在任务管理和perfmon里private bytes或者working set部分不可见。

SQL Server启动账号需要内存中锁定页面权限来使用AWE分配器API。

在64位系统里，如果你有AWE分配器API用于分配内存的SQL Server启动账号的内存锁定页面权限，那sp_configure ‘awe enabled’ 没有任何作用。

/3GB开关是什么？

/3GB开关用于Boot.ini文件。

当我们启用/3GB。SQL Server的用户地址空间或者任何使用IMAGE_FILE_LARGE_ADDRESS_AWARE的应用程序将会增加到3GB，而限制内核模式地址空间为1GB。

当系统中的物理内存超过16GB，并且使用/3GB开关，操作系统将会忽略额外的内存，直到/3GB开关被移除。这是因为内核增加的大小需要支持更多页面表条目（Page table Entries）。

AWE如何工作？AWE分配器API是什么？

AWE API激活程序寻址多于通过标准32位寻址的4GB内存。

AWE API如何使用？

匹配AWE页面分配地址空间。

ADD=VirtualAlloc(lpaddress,size,MEM_RESERVE |MEM_PHYSICAL,PAGE_READWRITE);

分配不能被页交换的物理内存。

bResult=AllocateUserPhysicalPages(GetCurrentProcess(),&sizemap,aRAMPages);

匹配一个到你地址空间的页面视图。

bResult=MapUserPhysicalPages(ADD,sizemap,aRAMPages);

2.    64位SQL Server内存架构

在64位Windows里，每个进程获得高达8TB的地址空间，因此SQL Server不需要预留一定的内存地址空间用于Non-Bpool分配。

在64位SQL Server里有三种内存模型：

1. Conventional – 普通物理页面大小（4/8KB），内存可以页交换，动态的

2. Locked – 普通物理页面大小（4/8KB），Bpool不能被页交换，动态的，需要SQLServer启动账号有内存中锁定页面权限，内存通过使用AWE API分配

3. Large – 大物理页面大小（>=2MB），不可页交换，静态，在启动时内存确定，推荐使用“Max server memory”，需要SQL Server启动账号有内存中锁定页面权限和TF834（只在企业版支持，使用>8GB内存）。

内存计算在64位SQL Server是非常明确的。

SQL Server在启动时计算内存大小并保留它，minimum(reserved space, “Max server memory”)用于Bpool。

类似于32位SQL Server，在64位SQL Server也有Bpool外的内存分配，被称为Non-Bpool分配。

在Bpool外谁分配内存？

1. COM对象

2. SQL Server CLR

3. 链接服务器OLEDB提供者和在SQL Server进程里第三方DLL加载的内存分配

4. 扩展存储过程

5. 网络包

6. 通过内存管理器消耗的内存。如果内存请求大于8KB并且需要持续分配。

7. 备份

8. 线程的内存（在64位SQL Server里stack size是2MB）

最大服务器内存只控制了Bpool，它不控制Non-Bpool分配，这就是为什么SQLServer内存使用大于“Max server memory”的原因。

总结：

1. 当“内存中锁定页面被使用”操作系统不能页交换出Bpool，而Non-Bpool分配仍可以被页交换。

2. Sp_configure “awe enabled”选项在64位SQL Server里没有用。

3. “Max server memory”只限制Bpool，因此SQL Server内存使用将会大于“Max server memory”。

4. 如果你的操作系统是Windows 2003（Windows 2008的话随便你），确保先考虑被其他应用程序、操作系统、驱动、SQL Server Non-Bpool分配等需要的内存，然后设置合适的SQL Server最大服务器内存。

注意：以上架构适用于SQL Server2008 R2及以下版本。SQL Server 2012(Denali)与之前版本相比，内存管理器在有效地方式管理SQL Server内存消耗上做出了很多改变。点击这里，了解SQL Server 2012内存架构。

内存体系结构（SQL Server2008 R2）

https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/ms187499.aspx