SQL Server IO 子系统浅究 I
作者：obuntu

很喜欢SQL Server里面4步定位性能问题的理论，具体如下：
1，资源瓶颈
i. 内存 ii. CPU iii. IO
2, Tempdb瓶颈
3，找出执行慢的语句，可以通过三个方面来寻找
i. 统计信息 ii. 缺失索引 iii. 阻塞
4，缓存执行计划分析

更多信息，可以参看此篇文章http://blogs.msdn.com/b/jimmymay/archive/2008/09/01/sql-server-performance-troubleshooting-methodology.aspx

可以看到，一遇到系统性能问题时，第一步是确定资源是否存在瓶颈，在CPU,内存，IO 三者之间，最容易形成瓶颈的是IO子系统。其实IO子系统的内涵是很深的，能够影响IO子系统性能的因素有磁盘的数目，大小，和转速；文件分配单元大小(file allocation unit size)；HBA；网络带宽；磁盘缓存；控制器；是否使用SAN（storage area networks）；RAID级别；总线速度；IO通道等等。
作为SQL Server的使用者，通常很少会去调整IO子系统的配置，一则重视不够，二是缺少这方面的相关知识和技能。但了解这方面的相关问题还是很有必要的，除了可以更好发挥硬件的作用外，在碰到系统性能问题时，也能很好的进行定位分析。

目录
IO子系统相关概念
SQL Server IO 相关概念
性能监视器里的IO子系统计数器
SQLIO
关于IO的一些最佳实践
小结
参考资料

IO子系统相关概念

A，磁盘

磁盘从过去的几十年里，取得了快速的发展，从ATA,SATA,SAS,到现在的SSD，每次技术的变革都带来了磁盘的性能提升。现在应用最广泛的应该是15K转的SAS盘了，对于这样的盘，一些传统的磁盘概念还是不变，如磁道，扇区。

现在的硬盘，一般是由重叠的一组盘片组成，每个盘片又被划分为数目相等的磁道，同时对这些磁道进行编号。每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段就是扇区，扇区的一般为512bytes，也有1K，2K，4K大小。同时不同盘片上，相同编号的磁盘则组成柱面。柱面数等于磁道数，盘面数等于总的磁头数，因此硬盘上有所谓的CHS概念，即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区）。磁盘的容量等于柱面数*磁头数*扇区数*扇区的大小。

IO的模式有顺序读写和随机读写，磁盘在处理这2种读写方式时，所表现出来的性能是不一样的。一般来说，在顺序读写上，现在10K转的磁盘，能够获取40mb/s~80mb/s的传输速率；15K转的磁盘，能够获取70mb/s~125mb/s的传输速率。对于随机读写来说，其性能取决于磁盘的转速和寻道时间。一个10K转的磁盘完成一个完全的旋转需要6ms（1*60*1000/10000）。硬盘的等待时间，又叫潜伏期(Latency)，是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下，所以一般认为在磁盘上的等待时间为3ms，对15K的磁盘则是2ms。

还有一个影响磁盘性能的因素是寻道时间，它是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值。现在10K转的磁盘在读上，平均的寻道时间为4.6ms，在写上，平均的寻道时间为5.2ms。一个15K转的磁盘，读的平均寻道时间为3.5ms，写的寻道时间为4.2ms。

如对于小块的8kb读取，传输的时间大概为0.1ms，忽略其他可以忽略的因素后，结合上述讨论，对于随机读，我们可以得出总的时延大概为8ms（10K磁盘）和5.6ms(15K转磁盘)，所以磁盘在一般随机的小块读的性能大概为 125 IOPS（10K磁盘）和175 IOPS（15K磁盘）。

上述的情况是较为理想的。如果磁盘上的数据集中在某块小的区域，会降低磁盘的平均寻道时间，性能还会更好。但如果多个IO请求同时发生的话，磁盘还需要对多个IO进行序列化，排序，从而在越高的吞吐下，其时延会更长。一般来说，如果数据分布于整个磁盘，队列深度(queue depth)越高，时延更长，队列深度为4时，时延会达到20ms，队列深度为32时，时延能达到100ms。队列深度指的是磁盘上能并行运行的IO个数。 因此，对于队列深度的值建议使用2，当然不同的存储，不同的系统也会有不同的建议值，设置的时候可以参考相关的资料。但也有个情况需要注意，那就是如果数据只分布于磁盘上的某一小块区域，如5%，那么时延并不会随着队列深度的增加而大幅增加，一般是队列深度为8时20ms，队列深度为16时40ms，而且随机读的性能也有很大的提升，每个IOPS可以达到400.这个特点在处理强事务的能让你获得很大的弹性空间。

B，RAID

现在真实的企业应用环境很少单独使用一个一个磁盘来存放文件，而是采用RAID技术。RAID技术能带来性能的提升和有效的容错能力。简单的说，RAID是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。组成磁盘阵列的不同方式称为RAID级别（RAID Levels）。

RAID 有很多种级别，也就是说磁盘有多种组合方式。现在比较常用的是RAID10和RAID5，RAID10的整体性能会比RAID5来得高，但其价格也更昂贵。决定使用哪种RAID级别，对系统的性能影响也很大，因此需要经过充分测试，权衡自己的实际情况并作出选择。

C，其他概念

文件分配单元(file allocation unit)大小，也就是簇的大小，一般是扇区大小的整数倍，如簇的大小是4K，扇区的大小为512bytes，那么一个簇就会使用到8个扇区。在进行硬盘格式化时，可以使用format命令的/A:size 选项来指定。一般情况下，在SQL Server数据文件和日志文件上比较合适的大小是64K，但有时候32K也能提供较好的性能，因此设置该值之前，最好也进行充分的测试来决定。下面是一个查看当前文件分配单元大小的例子。
C:\Documents and Settings\Administrator>fsutil fsinfo ntfsinfo d:
NTFS 卷序列号 : 0xde500ef9500ed7e3
版本 : 3.1
区数量 : 0x0000000012c03620
簇总数 : 0x0000000012c03620
可用簇 : 0x000000001098efb6
保留总数 : 0x0000000000000000
每个扇区字节数 : 512
每个簇字节数 : 512
每个 FileRecord 段的字节数 : 1024
每个 FileRecord 段的簇数 : 2
Mft 有效数据长度 : 0x0000000004a68000
Mft 起始 Lcn : 0x0000000000600000
Mft2 起始 Lcn : 0x0000000009601b10
Mft 区域起始 : 0x0000000000625460
Mft 区域结尾 : 0x0000000002b80800

配置RAID的时候，有个可以手工设定的参数：Stripe size. 逻辑驱动器的Stripe size，代表控制器每次写入一块物理磁盘的数据量，以KB为单位。 不同Stripe size的选择直接影响性能，如IOPS和吞吐量。 Stripe size值小，通过多块磁盘响应多个I/O请求，可以增加I/O访问速率（IOPS）；Stripe size值大，通过多块磁盘响应一个I/O请求，可以增加数据传输速率（Mbps).为了获得更高的性能，要选择条带的容量等于或小于操作系统的簇的大小。大容量的条带会产生更高的读取性能，尤其在读取连续数据的时候。而读取随机数据的时候，最好设定条带的容量小一点。

因此，可以看到上述值得设定对SQL Server的性能也是有帮助的，但很难有一个合适的推荐，有时候大部分还是保持默认的，如果确实遇到这方面的设置需求，最好请教相关产品的厂商，或者自