基于SQL Server OS的任务调度机制详解
SQL Server决定哪一个时间点哪一个线程运行,是通过一个叫Scheduler的东西进行的,下面让我们来看Scheduler。
SQL Server OS是在Windows之上,用于服务SQL Server的一个用户级别的操作系统层次。它将操作系统部分的功能从整个SQL Server引擎中抽象出来,单独形成一层,以便为存储引擎提供服务。SQL Server OS主要提供了任务调度、内存分配、死锁检测、资源检测、锁管理、Buffer Pool管理等多种功能。本篇文章主要是谈一谈SQL OS中所提供的任务调度机制。
Scheduler SQL Server中每一个逻辑CPU都有一个与之对应的Scheduler,只有拿到Scheduler所有权的任务才允许被执行,Scheduler可以看做一个队SQLOS来说的逻辑CPU。您可以通过sys.dm_os_schedulers这个DMV来看系统中所有的Scheduler,如图1所示。
抢占式(Preemptive)调度与非抢占式(non-Preemptive)调度
数据库层面的任务调度的起源是ACM上的一篇名为“Operating System Support for Database Management”。但是对于Windows来说,在操作系统层面专门加入支持数据库的任务调度,还不如在SQL Server中专门抽象出来一层进行调度,既然可以抽象出来一层进行数据库层面的任务调度,那么何不在这个抽象层进行内存和IO等的管理呢?这个想法,就是SQL Server OS的起源。
但是对于SQL Server来说,这种非合作式的、基于时间片的任务调度机制就不那么合适了。如果SQL Server使用Windows内的任务调度机制来进行任务调度的话,Windows不会根据SQL Server的调度机制进行优化,只是根据时间片和优先级来中断线程,这会导致如下两个缺陷:
Windows不会知道SQL Server中任务(也就是SQL OS中的Task,会在文章后面讲到)的最佳中断点,这势必会造成更多的Context Switch(Context Switch代价非常非常高昂,需要线程字用户态和核心态之间转换),因为Windows调度不是线程本身决定是否该出让CPU,而是由Windows决定。Windows并不会知道当前数据库中对应的线程是否正在做关键任务,只会不分青红皂白的夺取线程的CPU。 连入SQL Server的连接不可能一直在执行,每一个Batch之间会有大量空闲时间。如果每个连接都需要单独占用一个线程,那么SQL Server维护这些线程就需要消耗额外的资源,这是很不明智的。而对于SQL Server OS来说,线程调度采用的合作模式而不是抢占模式。这是因为这些数据库内的任务都在SQL Server这个SandBox之内,SQL Server充分相信其内线程,所以除非线程主动放弃CPU,SQL Server OS不会强制剥夺线程的CPU。这样一来,虽然Worker之间的切换依然是通过Windows的Context Switch进行,但这种合作模式会大大减少所需Context Switch的次数。
在Windows NT4之后,Windows任务调度是抢占式的,也就是说Windows任务是根据任务的优先级和时间片来决定。如果一个任务的时间片用完,或是有更高优先级的任务正在等待,那么操作系统可以强制剥夺正在运行的线程(线程是任务调度的基本单位)所占用的CPU,将CPU资源让给其它线程。
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