合 MSSQL 2014新功能之缓存池扩展BPE (Buffer Pool Extension)
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简介
SQL Server 2014缓存池扩展 (Buffer Pool Extension)功能可以将缓存池扩展到较快的SSD存储上。为内存比较紧张的系统提供了新的扩展途径。
SQL Server 从磁盘中读入数据，并且存放在buffer pool中以供读取和修改，修改完之后脏数据还是放在buffer pool中，当内存紧张执行lazy write把脏数据写入磁盘，并且释放内存页。要用时又会从磁盘中读取，这样无形中加大了对io的需求。
SQL Server 2014之前解决方法：加内存，减少对IO的需求
SQL Server 2014解决办法：使用buffer pool扩展，加入SSD硬盘，加大工作集，减少对IO的需求。
SQL Server 2014 中另一个非常好的功能是，可以将SSD虚拟成内存的一部分，来供 SQL Server 数据页缓冲区使用。通过使用SSD来扩展 Buffer-Pool，可以使得大量随机的 IOPS 由 SSD 来承载，从而大量减少对于数据页的随机 IOPS 和 PAGE-OUT。
Buffer Pool 扩展可以带来以下好处。
1． 提高随机I/O的吞吐量
2． 降低I/O延迟
3． 提高单位时间内处理事务的吞吐量
4． 显著地提高读性能
5． 以软件方式为客户实现了类似于混合硬盘的效果。
总的来说缓存池扩展对于读远远高于写的OLTP系统比较有帮助，对于以下环境，则帮助不大：
1．数据仓库。您应该考虑列存储而不是缓存池扩展
2．写入比较多的OLTP。
3．拥有大于64GB内存的服务器
缓存池扩展支持以下两种模式
CW：只向SSD写入干净页。
DW：双重写，即同时向SSD和硬盘写入脏页。
下面2张图里，C: 干净页 D：脏页 R：随机 S：顺序
1) 顺序写总是直接写入硬盘，不会写入SSD
2) 干净页的随机写是写入SSD，因为既然是干净页，硬盘上已经有一份拷贝。
3) 当缓存池尚有空间时，缓存池扩展采用CW模式的，只对SSD只写入干净页。
4) 当缓存池空间已满，需要将一部分脏页刷到硬盘上的时候，它是DW模式的，脏页将同时写入SSD和硬盘。
缓冲池扩展的优点
SQL Server 数据库的主要用途是存储和检索数据，因此，大量磁盘 I/O 是该数据库引擎的一个核心特点。 由于磁盘 I/O 操作可能会占用消耗很多资源并且耗时较长，所以 SQL Server 侧重于使 I/O 极为高效。 缓冲池用作 SQL Server的主内存分配源。 缓冲区管理是实现高效 I/O 操作的关键环节。 缓冲区管理组件由下列两种机制组成：用于访问及更新数据库页的缓冲区管理器和用于减少数据库文件 I/O 的缓冲池。
数据和索引页从磁盘读入缓冲池，修改后的页（也称为脏页）写回磁盘。 服务器和数据库检查点上的内存压力会造成缓冲区缓存中的热（活动）脏页被逐出缓存并写入机械磁盘，然后又读回到缓存中。 这些 I/O 操作通常是 4 到 16 KB 数据的小型随机读和写操作。 小型随机 I/O 模式会导致频繁搜索、机械磁盘臂争用、I/O 滞后时间延长以及系统的总 I/O 吞吐量减少。
解决这些 I/O 瓶颈的典型方法是添加更多 DRAM，或者添加高性能 SAS 主轴。 虽然这些方法很有用，但它们具有明显缺点：DRAM 比数据存储驱动器成本更高，增加主轴数会增加硬件购置的资本支出，并且功耗和部件故障概率都会提高，从而增加运行成本。
缓冲池扩展功能通过非易失性存储器（通常为 SSD）来扩展缓冲池缓存。 由于这种扩展，缓冲池可以容纳更大的数据库工作集，可强制在 RAM 和 SSD 之间对 I/O 分页。 这会有效地将小型随机 I/O 从机械磁盘卸载到固态硬盘。 由于固态硬盘滞后时间短且具有更佳随机 I/O 性能，缓冲池扩展可显著提高 I/O 吞吐量。
下面的列表说明了缓冲池扩展功能的优点。
- 随机 I/O 吞吐量提高
- I/O 滞后时间缩短
- 事务吞吐量提高
- 由于采用更大的混合缓冲池，读取性能提高
- 具有一种可利用现有和将来的低成本内存驱动器的缓存体系结构
容量限制
SQL Server Enterprise 版本允许的最大缓冲池扩展大小为 max_server_memory 值的 32 倍。
SQL Server Standard 版本允许的最大缓冲池扩展大小为 max_server_memory 值的 4 倍。
