SQL Server CPU 利用率毛刺的分析定位与解决
一.背景
1.1 问题描述
近期发现一台SQL Server的CPU利用率很不稳定，发现不定时的飙升到100%，更可怕的是在业务繁忙时，影响了业务调用，失败率明显增加，所以，减低CPU的利用率，是迫切需要解决的问题。
CPU升高的原因直观上来说，就是CPU（中央处理器）的负载过高， 中央处理器忙不过来。进一步分析的话，可以从两个角度优化，1.减少单个CPU 的处理时间；2.减少单个任务占有的CPU核数，即一个任务不要分配太多的CPU核数。
1.2 优化的方法
表结构的优化，例如索引是否合理、关联表字段的定义是否一致等；
SQL 语句的优化；
表数据量是否归档、缩减；
将数据缓存到缓存层（如，Reids），减少对DB的访问；
DB实例配置是否需要优化；
升级硬件。
二. 问题处理过程
2.1 优化前
从这个监控图可以看出，CPU最大值为100%,平均值为19%，毛刺比较明显。
2.2 定位SQL语句
通过常用的SP，很快定位到了SQL语句，是关于一张表的查询，语句简单，但是表的数据量比较大（7600W），查询出的数据有（4000W）。这张表每天的写入量<100W。
并且和研发确认，此SQL的调用也是周期性的，比如5分钟查询一次，基本符合Zabbix周期性CPU毛刺突起。
2.3 处理步骤
Step 1 .考虑到，CPU突然飙升，毛刺陡然加剧，冲刺到100%，并且问题SQL 不是最近新上线，所以，我们的第一反映是 索引走偏，统计信息失效了。但是 刷新了 表统计信息 ，情况没有好转。
Step 2. 考虑到是不是索引失效了，我们坚持到业务低峰期，重建了表的索引，情况 依然没有好转。
Step 3.考虑是不是表的数据量到了一定规模，才导致的此问题，和业务研发确认后，将历史数据归档，归档了2800W，数据量由7600W减少到4800W。数据量减少后，情况有所好转，SQL事务的排队和阻塞 明显减少。但是毛刺突起依然明显，CPU 100% 依然存在。
..........
无语
.........
Step 4 这时想到，最大并行度 。当SQL Server 发现一条指令比较复杂（不仅仅是SQL语句复杂，查询的数据量比较大也是复杂），会决定用多少个线程并行执行，从而提高整体相应时间。如果指令复杂，甚至需要所有CPU来运行这些线程，别的用户发过来的指令会受到影响，甚至可能拿不到CPU执行。即需要调整max degree of parallelism的值。
查看问题实例 发现没有设置，即可以使用所有的CPU。修改参数，将最大并行度将至4.执行以下命令:
exec sp_configure "max degree of parallelism",4
go
RECONFIGURE
GO此时 毛刺消失了，问题解决了。
2.4 优化后
优化后，从监控图中可以看出，CPU的最大值降至了25%,平局值为7%。
三.定位问题SQL常用的SP
当我们遇到DB性能问题或DBServer监控指标异常时，以下四个SP，可以帮忙我们快速定位SQL语句。
3.1 查看当前阻塞排队的情况
create PROCEDURE [dbo].[uspm_Block]
as
--查找有关被阻塞的请求的信息(含用户)
SELECT s.loginame
,[Individual Query] = SUBSTRING (qr.text,qs.statement_start_offset/2,
(CASE WHEN qs.statement_end_offset = -1 THEN LEN(CONVERT(NVARCHAR(MAX), qr.text)) * 2
ELSE qs.statement_end_offset
END - qs.statement_start_offset)/2)
,qs.session_id ,s.counts AS [进程个数],qs.status ,qs.blocking_session_id
,qs.wait_type ,qs.wait_time ,qs.wait_resource
,qs.transaction_id
FROM SYS.DM_EXEC_REQUESTS qs (nolock)
LEFT JOIN (
SELECT spid,MAX(loginame)AS loginame,COUNT(0)AS counts FROM SYS.SYSPROCESSES (nolock) GROUP BY spid
) s ON qs.session_id=s.spid
OUTER APPLY SYS.DM_EXEC_SQL_TEXT(qs.sql_handle) AS qr
WHERE qs.status = N"suspended"
--and s.loginame<>""
ORDER BY qs.wait_time DESC
--查找阻塞源头v3.0
SELECT SP.spid
,CASE WHEN ST1.text IS NULL THEN ST2.text
ELSE SUBSTRING (ST1.text,SR.statement_start_offset/2,
(
CASE WHEN SR.statement_end_offset = -1 THEN LEN(CONVERT(NVARCHAR(MAX), ST1.text)) * 2
ELSE SR.statement_end_offset
END - SR.statement_start_offset)/2
)
END AS [T-sql]
,SP.loginame
,DB_NAME(SP.dbid) AS [db_name]
,SP.open_tran,SP.hostname,SP.program_name,SP.waitresource,SP.*
FROM SYS.SYSPROCESSES SP (nolock)
LEFT JOIN SYS.DM_EXEC_REQUESTS SR (nolock) ON SP.spid=SR.session_id
LEFT JOIN SYS.DM_EXEC_CONNECTIONS SC (nolock) ON SP.spid=SC.session_id
OUTER APPLY SYS.DM_EXEC_SQL_TEXT(SC.most_recent_sql_handle) AS ST2
OUTER APPLY SYS.DM_EXEC_SQL_TEXT(SR.sql_handle) AS ST1
WHERE SP.spid IN
(
SELECT BLOCKED FROM SYS.SYSPROCESSES (nolock) WHERE BLOCKED<>0
)
AND SP.BLOCKED=0
GO3.2 查看 当前最消耗CPU的SQL
CREATE PROCEDURE [dbo].[uspm_perf_topcpu]
(@topCount int=10)
as
set nocount on
declare @cmd varchar(1000)
select @cmd="
SELECT TOP "+ CAST(@topCount AS VARCHAR)+" SUBSTRING(text, (statement_start_offset/2) + 1,
((CASE statement_end_offset
WHEN -1 THEN DATALENGTH(text)
ELSE statement_end_offset
END - statement_start_offset)/2) + 1
) AS query_text
,b.hostname
,b.loginame
,a.*
,qr.text
,qt.query_plan
FROM sys.dm_exec_requests a (nolock)
INNER JOIN sys.sysprocesses b (nolock) on a.session_id=b.spid
CROSS APPLY sys.dm_exec_sql_text(a.sql_handle) as qr
CROSS APPLY sys.dm_exec_query_plan(a.plan_handle)as qt
ORDER BY a.total_elapsed_time DESC"
exec(@cmd)
GO3.3 查看执行时间最长的SQL
CREATE PROCEDURE [dbo].[uspm_perf_topduration]
(@topCount int=50)
as
set nocount on
declare @cmd varchar(600)
select @cmd="
select
highest_cpu_queries.plan_handle,
highest_cpu_queries.total_worker_time,
q.dbid,
q.objectid,
q.number,
q.encrypted,
q.[text]
from
(select top "+ cast(@topCount as varchar)+"
qs.plan_handle,
qs.total_worker_time
from
sys.dm_exec_query_stats qs (nolock)
order by qs.total_worker_time desc) as highest_cpu_queries
cross apply sys.dm_exec_sql_text(plan_handle) as q
order by highest_cpu_queries.total_worker_time desc"
exec(@cmd)
GO3.4 当前SQL执行概览
CREATE PROCEDURE [dbo].[uspm_perf_cpudetail]
as
set nocount on
--1.Cpu_Task
SELECT "查看cpu任务"
SELECT scheduler_id, current_tasks_count, runnable_tasks_count
FROM sys.dm_os_schedulers (nolock)
WHERE scheduler_id < 255
---2.CUP_USING
SELECT "查看cpu使用情况"
declare @ts_now bigint
--select @ts_now = cpu_ticks / convert(float, cpu_ticks_in_ms) from sys.dm_os_sys_info (nolock)
select @ts_now = cpu_ticks/(cpu_ticks/ms_ticks) from sys.dm_os_sys_info (nolock)
select top 50 record_id,
dateadd(ms, -1 * (@ts_now - [timestamp]), GetDate()) as EventTime,
SQLProcessUtilization as [CPU使用率,不能始终处于高位],
SystemIdle,
100 - SystemIdle - SQLProcessUtilization as OtherProcessUtilization
from (
select
record.value("(./Record/@id)[1]", "int") as record_id,
record.value("(./Record/SchedulerMonitorEvent/SystemHealth/SystemIdle)[1]", "int") as SystemIdle,
record.value("(./Record/SchedulerMonitorEvent/SystemHealth/ProcessUtilization)[1]", "int") as SQLProcessUtilization,
timestamp
from (
select timestamp, convert(xml, record) as record
from sys.dm_os_ring_buffers (nolock)
where ring_buffer_type = N"RING_BUFFER_SCHEDULER_MONITOR"
and record like "%% ") as x
) as y
order by record_id desc
--3.CPU_NECK
SELECT "查看CPU瓶颈"
select cast([signal_wait_time_ms] as decimal(30,2))/[wait_time_ms] as [百分比] ,*
from sys.dm_os_wait_stats (nolock)
where [wait_time_ms]<>0
and cast([signal_wait_time_ms] as decimal(30,2))>([wait_time_ms]*0.25 )
order by 1 desc
SELECT "查看百分比是否>10%,如果大于10%，考虑降低并行度"
select cast([signal_wait_time_ms] as decimal(30,2))/[wait_time_ms] as [百分比],*
from sys.dm_os_wait_stats (nolock)
where [wait_time_ms]<>0 AND wait_type="CXPACKET"
GO
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