SQL Server 内存和Paging

一，内存term

VAS：Virtual Address Space，是App能够申请访问的最大地址空间。

Physical Memory：对SQL Server 来说，频繁访问的数据对象长时间驻留在Physical Memory中，才能达到最优的性能。

Reserved Memory：申请将VAS的一段地址空间Reserve。保留的只是VAS上的一段地址，而不是真正的Physical memory。

Committed Memory：对Reserved的部分 Memory Page 进行Commit，Commit 操作是建立VAS 和 Physical memory 之间的映射，因此Committed Memory将隐射到实际的Physical Memory中。即App正式在物理内存中申请一段空间。

1. VAS中存储的数据不一定存储在Physical Memory中，Windows 根据App的使用情况，决定存放在 physical memory 或 page file。如果存储在Page file中，App在访问时，必须进行一个Disk IO动作，称作 Paging In/Out（换进或换出）。
2. 分两步来Reserve 和 Commit 内存，通过推迟页面的提交来减少物理内存的使用。

Workset 是 Committed Memory的一部分，是Process在运行时使用的物理内存。

Page Fault：App访问一个处于Reserved Memory中的Page，但是该page不存在于Workset，就会发生一次Page Fault。如果目标Page 存在于Page File（Disk File），那么OS会进行一次IO，将目标Page从Disk读取到Workset中，称作Hard falut；如果目标Page存在于committed memory，那么只需要将目标Page重定向到Workset中，称作Soft Fault，Soft Fault对性能的影响微乎其微。

手绘一张图：SQL Server 是预先 Reserved 一块大的内存，在使用的时候，一块一块的提交Commit，而committed Memory 在访问时转换为物理中，可以理解，committed memory 是SQL Server使用的物理内存，能够向物理内存Page中写入数据和读取数据。

二，当SQL Server出现内存压力时，需要关注OS的Committed Memroy， Available Memory和 Hard Fault。

1, Commit memory是将reserverd memory（virtual memory） 转换为 physical memory，是app真正使用的物理内存。

OS 能够Commit的最大内存空间是所有Physical memory+ Page File（缓存文件），如果Committed Memroy接近最大内存空间，那么说明系统的内存使用已经接近极限。如果Page File不能自动增长，系统将不能提供更多的内存空间。

2, Page File 是文件缓存，OS用于临时存储内存中Page的Disk File。如果内存不足，那么 OS会将部分page 存储在Page File中，产生一次Disk File的Write 操作；如果App需要用到Page File中的Page，那么OS会将目标Page从Page File中读取到内存中，产生一次Disk File的Read操作。如果Page File的%Uage高，说明App实际需要的内存和committed memory的差距较大，App需要频繁的将Page存储到Disk File中。

Page Fault：Hard Page Fault是指OS将目标Page从Page File读取到物理内存中，由于会产生一次Disk IO，对App的性能影响较大。Soft Page Fault 是指目标Page存在于物理内存中，只是需要重定向到Workset中，对App的性能影响微乎其微。

对于一个性能良好的SQL Server 系统来说，Hard Page Fault 应该保持在一个较小的数值，Disk 的 Paging 动作越少越好。系统存在足够的内存，会使目标Page能够长时间的驻留在物理内存中，而不需要频繁的进行Disk的Paging动作。

如果内存不足，OS和 SQL Server 会在物理内存和文件缓存之间做大量的Paging 动作（Page的换进和换出），这会导致大量的Disk IO，使得Disk IO比较繁忙；OS要做Paging 动作，所带来的Disk IO的动作必须运行在核心态下，所以会核心态的CPU时间会升高，而用户态的CPU时间反而不会很高。一般情况下，用户态的CPU时间很高说明SQL Server 正在全力工作。