Buffer Pool Extensions در SQL Server 2014

نوشته شده توسط: تورج عزیزی

۳۰ بهمن ۱۳۹۴

زمان مطالعه: 5 دقیقه

مقدمه

در پست امروز قصد دارم Buffer Pool Extensions که در SQL Server 2014 منتشر شد صحبت کنم. همانطوری که می دانید Buffer Pool یکی از مصرف کننده های اصلی حافظه در SQL Server است. وقتی دیتا را رسانه ذخیره سازی می خوانید، دیتا در Buffer Pool ذخیره می شود. هر چه حافظه اصلی بیشتری داشته باشید، Buffer Pool بزرگتری هم خواهید داشت (که از طریق تنظیمات Max Server Memory ست می شود).

بیشترین مشتریان SQL Server با مشکل محدودیت حافظه اصلی در database server ها مواجه هستند: وقتی تمام slot های حافظه اصلی اشغال شده اند، چطور می شود حافظه اضافی را در سرور نصب کرد؟ البته که می توانید به سرور بزرگتری مهاجرت کنید، اما آن هم یک داستان دیگر است… راه حل این مشکل بخصوص انتشار Buffer Pool Extensions در SQL Server 2014 است. با کمک Buffer Pool Extensions، SQL Server لایه دیگری از سلسله مراتب حافظه را بوجود می آورد. بیایید به
تصویر زیر نگاهی بیندازیم:همانطوری که می بینید شما در بالا خود Buffer Pool را دارید (که خیلی سریع است) و در پایین رسانه ذخیره سازی سنتی را می بینید، که خیلی کند است. و Buffer Pool Extensions هم بین این دو قرار گرفته است. Buffer Pool Extensions خودش شامل یک فایل ساده است (که اصطلاحاً Extension File نامیده می شود) که باید روی رسانه خیلی سریع قرار بگیرد – مثل یک درایو SSD. یک Extension File درست مثل page file در سیستم عامل Windows است. به جای اینکه حافظه فیزیکی اضافی به Database server اضافه کنیم، یک Extension File روی یک درایو SSD پیکربندی کنید – فقط همین!
قبل از اینکه بخواهم در مورد پیکربندی و روش استفاده از Buffer Pool Extensions صحبت کنم، می خواهم کمی در مورد معماری و طراحی پشت صحنه Buffer Pool Extensions صحبت کنم. Buffer Pool سنتی در SQL Server همیشه بین Page های تمیز و کثیف (تمیز به معنی عاری از تغییر از زمان قرار گرفتن در حافظه اصلی) تفاوت قائل می شود. یک page کثیف در حافظه تغییر کرده اما هنوز در رسانه ذخیره سازی ثبت نشده است. فرآیندی به نام CHECKPOINT ظرف حدود یک دقیقه صفحات کثیف را روی رسانه ذخیره سازی ثبت می کند، و این به این معنی است که صفحات کثیف ما تمیز می شوند!

Buffer Pool Extensions خودش فقط وقتی استفاده می شود که Buffer Pool در SQL Server تحت فشار کمبود حافظه باشد. فشار حافظه به این معنی است که SQL Server نیاز به حافظه بیشتری نسبت به چیزی که در اختیار دارد است. در این شرایط Buffer برخی Page ها را که نسبت به سایرین کمتر به آنها رجوع شده از Buffer Pool خارج می کند. SQL Server در اینجا از یک سیاستی به نام Least Recently Used Policy (LRU) استفاده می کند. حالا اگر شما یک Extension File پیکربندی کرده باشید، SQL Server این page های اخراجی را در آنها می نویسد، به جای اینکه این کار را در رسانه ذخیره سازی که در پایین ترین سطح هرم بالا قرار دارد انجام دهد. اگر page یک page کثیف باشد، این page همزمان در رسانه فیزیکی هم نوشته می شود (از طریق یک عمل asynchronous I/O) .
بنابراین شما هیچ دیتایی را مادامی که با Buffer Pool Extensions کار می کنید از دست نمی دهید. در نقطه ای از زمان Extension File شما کاملاً پر می شود. در چنین شرایطی SQL Server باید صفحات قدیمی را از Extension File خارج کند (باز هم از طریق سیاست LRU) و در نهایت آنها را در رسانه فیزیکی بنویسد. Extension File به عنوان یک لایه اضافی بین Buffer Pool و رسانه ذخیره سازی عمل می کند.
حالا اجازه دهید ببینیم چطور Buffer Pool Extensions در SQL Server 2014 تنظیم می شود. SQL Server در اینجا دستور ALTER SERVER CONFIGURATION SET BUFFER POOL EXTENSION را ارائه می کند.

 ALTER SERVER CONFIGURATION
SET BUFFER POOL EXTENSION ON
(
FILENAME = 'd:ExtensionFile.BPE',
SIZE = 10 GB
)
GO

اولین محدودیتی که شما با آن مواجه هستید این است که Extension File حداقل باید هم اندازه خود Buffer Pool باشد. اگر شما اندازه فایل کوچکتری را تعیین می کنید، یک پیام خطای دوست داشتنی از SQL Server دریافت می کنید:

Msg 868, Level 16, State 1, Line 1
Buffer pool extension size must be larger than the current memory allocation threshold 1596 MB. Buffer pool extension is not enabled.

و محدودیت بعدی که شما قطعاً با آن مواجهید این است که شما نمی توانید اندازه Extension File را در طول زمان اجرای SQL Server تغییر دهید. مثلاً وقتی می خواهید Extension File را به اندازه ای بزرگتر تغییر دهید، باید Buffer Pool Extensions را غیر فعال کنید و دوباره آن را فعال کنید. و شما در طول زمان انجام این کار با افت Performance مواجه خواهید شد، چون شما لایه مهمی از Caching را در SQL Server غیر فعال می کنید!

Be aware of this fact, when you are planning a deployment of the Buffer Pool Extensions for your production environment!!!

و علاوه بر این شما نخواهید توانست اندازه Extension File را کاهش دهید، اندازه فعلی همیشه باید از اندازه قبلی بزرگتر باشد. در غیر این صورت با خطای زیر مواجه می شوید:

Msg 868, Level 16, State 1, Line 3
Buffer pool extension size must be larger than the current memory allocation threshold 4096 MB. Buffer pool extension is not enabled.

Config فعلی Buffer Pool Extensions می تواند از طریق یک dmv به نام sys.dm_os_buffer_pool_extension_configuration مشاهده شود.
شما چه زمانی باید از Buffer Pool Extensions استفاده کنید؟ توصیه مایکروسافت بر این است که workload شما باید write-heavy باشد، مانند OLTP workload. و وقتی شما در مورد خود Extension File صحبت می کنید باید یک SSD خیلی سریع خرجش کنید و نه یک هارد دیسک!