SQL Server中STATISTICS IO物理讀和邏輯讀的誤區

SQL Server中STATISTICS IO物理讀和邏輯讀的誤區

 

你們知道，SQL Server中能夠利用下面命令查看某個語句讀寫IO的狀況

SET STATISTICS IO ON

那麼這個命令的結果顯示的物理讀、邏輯讀的IO單位大小是多少，好比結果顯示有

物理讀取 1 次

是表明 對硬盤作了1次物理IO嗎？

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在回答這個問題以前，須要先普及幾個常識

在通常默認狀況下

Windows的內存分頁大小單位是4KB

數據庫的最小讀寫單位是 8K頁面

Windows操做系統的NTFS文件系統最小讀寫單位（分配單元/簇）是 4KB

機械硬盤的的最小讀寫單位（邏輯扇區和物理扇區）是512字節

高級格式化：操做系統對文件系統盤符進行格式化，規劃每分配單元/簇大小，默認4KB

低級格式化：存儲廠家對物理存儲硬件作的低級格式化，例如機械硬盤，規劃每扇區大小，一般512字節

 

爲何存在磁盤塊/簇/分配單元？

讀取方便：因爲扇區的數量比較小，數目衆多在尋址時比較困難，因此操做系統就將相鄰的扇區組合在一塊兒，造成一個塊，再對塊進行總體的操做，

分離對底層的依賴，操做系統忽略對底層物理存儲結構的設計，經過虛擬出來磁盤塊的概念，文件系統就是操做系統的一部分，因此文件系統操做文件的最小單位是塊/簇/分配單元

這個磁盤塊在Linux的ext4文件系統中稱爲block，在Windows的NTFS文件系統中稱爲分配單元或簇

 

什麼是內存分頁？

操做系統常常與內存和硬盤這兩種存儲設備進行通訊，相似於「塊」的概念，都須要一種虛擬的基本單位。因此，與內存操做，是虛擬一個頁的概念來做爲最小單位。與硬盤打交道，就是以塊爲最小單位

固態硬盤由於沒有扇區概念，用的是塊/頁，一個塊/頁通常是4KB，so固態硬盤暫且不討論

 

先說結論，實際上STATISTICS IO 中物理讀和邏輯讀的統計對象自始至終都是數據庫8K頁面，好比，邏輯讀1次， 物理讀1次，實際上都是按8KB頁爲單位，是SQL Server這個軟件的統計方式

這樣就會形成誤解，產生疑問

若是物理讀爲1次，那麼數據庫對磁盤是作了一次讀寫操做一次IO，對嗎？

若是邏輯讀爲1次，那麼數據庫在內存中是讀寫了一個內存頁一次IO，對嗎？

 

實際狀況是怎樣的呢？

對於物理讀狀況

SQL Server是運行在Windows系統上的一個軟件，那麼這個軟件在文件系統上存儲數據依然按照NTFS文件系統的規則，存儲一個8K的頁面須要佔用2個分配單元

能夠用winhex這個軟件，按8K大小查看數據庫的mdf文件能夠查看到完整的一個數據庫頁面數據

對於文件系統，讀寫一個數據庫8KB頁面須要讀寫2個分配單元 也就是2個文件系統IO

在機械硬盤裏面，文件系統的一個4KB分配單元寫入到機械硬盤裏，須要讀寫8個扇區，也就是8個硬盤IO，而1個數據庫8KB頁面寫入到機械硬盤裏，就須要讀寫16個扇區，也就是實際寫入一個數據庫頁面須要16個硬盤IO

而後這裏會出現一些問題，若是系統故障或硬件故障，就有可能出現一個數據庫頁面寫入存儲硬件不完整狀況，好比16個硬盤IO才能寫入完整一個8KB頁面，而若是在寫入第10個IO的時候發生系統崩潰或硬件崩潰，只寫入了5KB頁面數據到硬盤，這時候數據庫數據就已經不完整了，而後各家數據庫廠商纔開發【頁面寫入完整性檢測機制】，例如

MySQL InnoDB的Double Write機制（innodb_doublewrite = 1） + page checksum

MSSQL的PAGE校驗機制

注意：即便是用固態硬盤，也請不要關閉頁面完整性檢測功能！

只有在數據庫頁面、文件系統分配單元、機械硬盤扇區的大小一致的狀況下

就是說，數據庫、文件系統、存儲設備的最小讀寫單位大小同樣的狀況下，也就是所謂的【對齊】，才能關閉頁面完整性檢測功能，這個時候能夠得到最大性能

某些文件系統、存儲設備所謂的聲稱支持【原子寫】，請各位擦亮眼睛^_^，檢查是否真的完整支持，對於某些狀況，確實是支持真正原子寫，例如

一、數據庫使用裸設備，這樣就不須要文件系統

二、以寶存PCIE閃存爲例子，其Nand Flash的最小寫單位是page，目前Nand Flash 的page大小是32kb，這個基本上都是大於大部分數據庫通用的block size或page size，32kb能夠存放4個MSSQL頁面（非廣告）

 

對於邏輯讀狀況

Windows的內存分頁大小單位是4KB，一個數據庫頁面8KB，那麼讀寫一個內存中的數據庫頁面實際上須要讀寫2個內存分頁

在內存裏，讀寫一個數據庫8KB頁面須要讀寫2個內存分頁， 也就是2個內存IO

而後內存中8KB數據庫頁跟文件系統中的8KB數據庫頁是一一對應的，否則的話，利用B+樹索引結構和二分查找法查找數據也無從談起

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總結

對於文件系統，讀寫一個數據庫8KB頁面須要讀寫2個分配單元 也就是2個文件系統IO

對於機械硬盤，讀寫一個數據庫8KB頁面須要讀寫16個硬盤扇區 也就是16個硬盤IO

對於內存，讀寫一個數據庫8KB頁面須要讀寫2個內存分頁 也就是2個內存IO

 

SQL Server只是跑在Windows操做系統上的一個軟件，它沒法知道也不需知道它所在文件系統的最小讀寫單位，也沒法知道也不需知道存儲設備的最小讀寫單位，

實際上操做系統從文件系統中讀取8KB頁面數據餵給數據庫，數據庫收到以後STATISTICS IO 就統計物理讀爲 1，至於邏輯讀也是同理

最最後，放一張圖，作的比較醜

 

 

 

參考文章
http://www.dostor.com/article/111637957.html
https://blog.csdn.net/qq_34228570/article/details/80209748

 

 

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