SQL Server 2014里的缓存池扩展

在今天的文章里我想谈下SQL Server 2014里引入的缓存池扩展（Buffer Pool Extensions）。我们都知道，在SQL Server里，缓存池是主要的内存消耗者。当你从你存储里读取数据时，数据会在缓存池里缓存。SQL Server在计划缓存里缓存执行计划，也是缓存池的一部分。你拥有的物理内存越多，你的缓存池就会越大（通过【最大服务器内存】设置配置）。

很多SQL Server用户会碰到数据库服务器里物理内存受限的问题：所有内存槽都被占用了，因此你如何想给物理服务器增加额外的内存？当然，你可以迁移到更大的服务器，但那是另外一回事……这个特定问题的解决方案是SQL Server 2014里引入的缓存池扩展。在缓存池扩展的帮助下，SQL Server在内存层级里引入了另外一层。我们来看下面的图片：

如你所见，在顶部是缓存池本身，它是非常快的（根据响应时间（latency times）），在底部你会看到我们的传统存储，它是比较慢的。缓存池扩展刚好落户在2者之间——传统缓存池和我们存储之间。缓存池苦熬占本身是包含一个简单文件（所谓的扩展文件（Extension File）），它应该存储在非常快的存储上——例如SSD硬盘。扩展文件大体上和Windows系统的页文件一样。不用在你的数据库服务器增加额外的物理内存，你只要配置在SSD硬盘上配置扩展——就可以了！

在我讨论配置并启用缓存池扩展前，我想简单谈下缓存池扩展的架构和背后的设计。SQL Server传统的缓存池总是在干净页和脏页间区分的。干净页就是内存里的内容和存储里的内容一样的页。脏页是在内存里改变的页，但还没有写回到存储。大约每分钟所谓的检查点（CHECKPOINT）过程会把脏页写回到存储，意味着脏页变成了干净页。

如果SQL Server的缓存池陷入内存压力，缓存池扩展本身就会被使用。内存压力指的是SQL Server需要比当前可用更多的内存。在那个情况下，缓存会从缓存池驱逐页，那些页是最近刚使用过的。SQL Server这里使用的是近期最少使用算法（Least Recently Used Policy (LRU)）。如果现在你配置了扩展文件，SQL Server会把这些页写到扩展文件，而不是把它们直接写入我们缓慢的存储。如果页是脏的，这些页也会并发写入物理存储（通过异步I/O操作）。因此当你使用缓存池扩展时，你不会丢失任何数据。到一定时间点你的扩展文件也会完全存满。在那个情况下SQL Server又会从扩展文件驱逐老页（也是通过LRU算法），最后把它们写入传统存储。扩展文件充当缓存池和存储本身之间的额外一层。

现在我们来看下在SQL Server 2014里如何配置缓存池扩展。SQL Server这里提供你ALTER SERVER CONFIGURATION SET BUFFER POOL EXTENSION命令。我们来详细看下如何使用它：

 USE master
 GO 

 EXEC sp_configure 'show advanced options', 1
 RECONFIGURE WITH OVERRIDE
 GO

 ALTER SERVER CONFIGURATION
 SET BUFFER POOL EXTENSION ON
 (
    FILENAME = 'd:\ExtensionFile.BPE',
    SIZE = 1 GB
 )
 GO

这里你会碰到的第1个限制是扩展文件必须和缓存池本身一样的大小，如果你指定了比它小的文件大小，你会从SQL Server收到如下的错误信息：

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.

下一个你肯定会碰到的限制是，在SQL Server运行期间，你不能修改扩展文件的大小。例如，当你想修改扩展文件到更大的大小，你需要停用缓存池扩展，然后再次启用。在此操作期间，你的性能会下降，因为你刚刚停用了SQL Server一个重要的缓存层！

当你计划为你的生产环境部署缓存池扩展时，你一定要意识到这点！！！

另外你不能缩小扩展文件的大小，文件必须要比先前的大。不然你还会收到如下的错误信息：

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.

缓存池扩展的整个配置也可以通过DMV sys.dm_os_buffer_pool_extension_configuration来查询到。

什么时候你应该使用缓存池扩展？微软建议在你的服务器工作负荷是少读多写（write-heavy）时，例如OLTP工作负荷。当你处理DWH/BI相关的工作复核时，你不应该考虑缓存池扩展——这里启用扩展文件没任何意义。并且当我们讨论扩展文件时，你应该为它配置好非常快的SSD！传统旋转硬盘（机械硬盘）就算了吧！

参考文章：

https://www.sqlpassion.at/archive/2014/03/11/buffer-pool-extensions-in-sql-server-2014/