C21 SQL Server のスレッド管理 by 古賀啓一郎

SQL Serverのスレッド管理

1

Agenda

SQL Server スレッドスケジューリングの歴史 (5分)

SQL Serverのスレッドスケジューリング(30分)

SQL Serverのスレッドモード (5分)

質疑応答 (5分)

©2012 Microsoft Corporation. All Rights Reserved. 2

SQL Server スケジューリングの歴史

3

SQL Server Schedulingの歴史

SQL Server 6.x
Preemptive Thread

SQL Server 7/2000
Non-Preemptive Thread (UMS)

SQL Server 2005/2008/2008R2/2012
Non-Preemptive Thread (SQLOS)


Why non-preemptive scheduling

“RDBMSエンジンに関する調査研究によると、パフォーマンスと
スケーラビリティの要件をみたすためには、non-preemptiveス
ケジューリングの効用が必要だということがわかった。”

“As adequate research shows for RDBMS engine to meet
performance and scalability requirements it needs to leverage
non-preemptive scheduling.”

From
http://blogs.msdn.com/b/slavao/archive/2005/02/05/367816.
aspx

SQL Serverのスレッドスケジューリング

6

PreemptiveとNon-Preemptive

• Preemptive (Windows)
システム (OS) が、CPUを使用するスレッドを決定する。CPU使用
権の横取り。

• Non-Preemptive (SQL Server)
ユーザープログラム(スレッド自身)が、 CPUを使用するスレッド
を決定する。


Non-Preemptive実現性

システムの観点から見て、完全なNon-Preemptiveス
ケジューリングを実装することはできない

ただし、プロセスという閉じた観点であれば、Non-
Preemptiveスケジューリングは実装可能


Windowsのスケジューリング

CPUを使用するスレッドが切り替わるタイミング(コンテキストスイッチ)

• クォンタムの終了
実行中のスレッドが割り当てられたクォンタムを使い切った(CPU
時間を使い切った)

• 自発的な待機
イベント、セマフォなどの同期オブジェクト上で待機が発生

• プリエンプション
より高い優先度のスレッドによる横取り


SQL Serverのスケジューリング

CPUを使用するスレッドが切り替わるタイミング(コンテキストスイッチ)

• SQLOS Yield APIの呼び出し
スレッドが任意のタイミングで自らCPUの使用権を放棄する

• 自発的な待機
同期オブジェクト上での待機が発生 (ロック、ラッチ待ちなど)


スレッドを管理しているコンポーネント
• SOS Scheduler
– Yield APIや、同期オブジェクトで待機する場合は最終的に、SOS
SchedulerクラスのAPIを呼び出して、スレッドを操作している
• スケジューラーごとにワーカープールを持っている
• DMV sys.dm_os_shceduler

©2012 Microsoft Corporation. All Rights Reserved.

スレッドの状態

• Running状態
SQLOS上でCPUを使用しているスレッド

• Runnable状態
SQLOS上でCPUの使用権を待機しているスレッド

• Suspended (Waiting) 状態
同期オブジェクト上で待機しているスレッド


スレッドの状態遷移

同期オブジェクト
CPU使用権放棄 Running 取得

待機
Suspended
Runnable
CPU使用権譲受 (Waiting)

取得


スレッド状態確認

• DMV sys.dm_os_workers
– state カラム


SQLスレッドのスケジューリング
• SQLのスレッドは、他のスレッドからCPU使用権を譲りうける
ことで初めて動作できる
– Cooperative Scheduling

コンテキストスイッチ
T1

T1 がT2にCPU T 2がT1にCPU
使用権を譲渡使用権を譲渡

T2
コンテキストスイッチコンテキストスイッチ
Running State
Runnable State


CPUの使用権譲渡とは

イベントオブジェクト(信号)をシグナル状態(青)に変えてあげること

T1

T1 は誰かが自分のイベントオブジェク
T1 は、T2が待機しているイベン
トをシグナル化してくれるのを待機する
トオブジェクトをシグナル化する

T2

Signaled State Event
Not Signaled State Event
Running State
Runnable State


コンテキストスイッチ時の重要な処理

• I/Oキューのチェック
– 完了しているI/Oのチェックと、I/O完了ルーチンの呼び出し

T1 Call Stack

… Yield API コール ntdll!ZwSignalAndWaitForSingleObject+0xa
kernel32!SignalObjectAndWait+0x110
sqldk!SystemThread::SignalAndWait+0x2a
sqldk!SOS_Scheduler::Switch+0xb5
sqldk!SOS_Scheduler::SuspendNonPreemptive+0xd2
コンテ … I/O キューのチェック ….
キスト
スイッ … I/O 要求ごとの完了ルーチンを呼び出す
チ処理

… Tnのイベントオブジェクトシグナル化

I/O完了ルーチン:具体例 I/Oラッチ
I/Oラッチ:物理I/O中のメモリバッファにかける排他のしくみ
T1 ① I/Oラッチをバッファにかける

② I/O完了ルーチンを設定 (ラッチ解放処理) I/O要求発行

③ ReadFile/WriteFile API 非同期コール

④ I/O キューに発行したI/O要求を追加
I/O完了
⑤ Yield API コール
コンテ
キスト
スイッ ⑥ I/O キューのチェック
チ処理
⑦ I/O完了ルーチンの呼び出し (I/Oラッチの解放)

⑧ Tnのイベントオブジェクトシグナル化

I/O完了ルーチン:コールスタック例

0:073> k
Child-SP RetAddr Call Site
00000000`0a8fcc00 000007fe`d7f21e10 sqlmin!FCB::PostRead+0x14
00000000`0a8fcc50 000007fe`d7f2163c sqlmin!BPool::ReadPageCompletion+0xe7
00000000`0a8fccc0 000007fe`db8709a8 sqlmin!FCB::IoCompletion+0x97
(Inline Function) --------`-------- sqldk!SOS_IOCompRequest::ExecuteCompRoutine+0x6
00000000`0a8fcd10 000007fe`db83222f sqldk!IOQueue::CheckForIOCompletion+0x18e
00000000`0a8fce10 000007fe`db83c169 sqldk!SOS_Scheduler::SwitchContext+0x67
00000000`0a8fd0b0 000007fe`db845ebc sqldk!SOS_Scheduler::SuspendNonPreemptive+0xd2
(Inline Function) --------`-------- sqldk!SOS_Scheduler::Suspend+0x20
00000000`0a8fd0f0 000007fe`db850ddf sqldk!SOS_Task::Sleep+0x1a8
00000000`0a8fd150 000007fe`d7f2258b sqldk!Worker::OSYieldNoAbort+0x2f
(Inline Function) --------`-------- sqlmin!SOS_Task::OSYieldNoAbort+0x263
00000000`0a8fd180 000007fe`d7f07925 sqlmin!BPool::GetFromDisk+0x81b
...


その他のIO完了ルーチン

[代表例]
• ページ整合性検証

– チェックサム (既定)
• Set the PAGE_VERIFY Database Option to CHECKSUM
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb402873.aspx

– Stale Read Detection (Trace Flag 818)
• Additional SQL Server diagnostics added to detect unreported I/O problems
http://support.microsoft.com/kb/826433


I/Oキュー
• I/Oキューの数
– sys.dm_os_schedulers の pending_disk_io_count
• I/O要求の詳細
– sys.dm_io_pending_io_requests


IO完了ルーチン処理中の確認

– is_in_polling_io_completion_routine カラム


SQL Serverのスレッドモード

24

ノンプリエンプティブスレッドの問題点

問題例
• 処理時間の長い Windows API 呼び出し
• ユーザーが作成した拡張ストアドプロシージャの呼び出し

CreateFile では内部でイ
ベントオブジェクトを使
用し、自発的に待機状
T1 態となることがある
I/O要求発行

… CreateFile API 呼び出し/ 完了待ち


解決策:プリエンプティブスレッド

スレッドを管理できなくなるタイミングで、プリエンプティブ
モードにスイッチする

T1 CPU使用権をT2に譲渡した後、
SOSで管理されないスレッドモー
ドにスイッチ

T2
I/O要求発行

… CreateFile API 呼び出し/ 完了待ち


スレッドモードの確認

– Is_preemptive カラム


プリエンプティブモードで動くスレッド

• ヘルスチェックスレッド
– sp_server_diagnosticsスレッド
– Lease HandShake スレッド (Availability Group)
– Scheduler Monitorスレッド

など


まとめ
• SQL Server はNon-Preemptiveなスレッドスケジューリング
を実装している

• Non-Preemptiveなスレッドは、自身でCPU時間を管理す
る

• SOSのコンテキストスイッチ時にはI/Oの完了がチェックさ
れる
• I/O完了時には、I/O完了ルーチンが実行される

• SQL Serverのスレッドは必要に応じてプリエンプティブ
モードにスイッチする


参考
SQL Serverのスレッドスケジューリング (DB Online)
http://enterprisezine.jp/dbonline/detail/4157
http://enterprisezine.jp/dbonline/detail/4168

SQLOS - unleashed
http://blogs.msdn.com/b/slavao/archive/2005/02/05/367816.aspx

SQL Server 2008 SQLOS
http://blogs.technet.com/b/josebda/archive/2009/03/30/sql-server-2008-
sqlos.aspx

Q&A on Latches in the SQL Server Engine….
http://blogs.msdn.com/b/psssql/archive/2009/07/08/q-a-on-latches-in-the-sql-
server-engine.aspx


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