1.前言

對于數據庫引擎來說，內存是一個性能提升的重要解決手段。把數據緩存起來，可以避免在查詢或更新數據時花費多余的時間，而這時間通常是從磁盤獲取數據時用來等待磁盤尋址的。把執行計劃緩存起來，可以避免重復分析執行計劃時帶來額外的CPU及各種資源的開銷。通過在內存中開辟查詢內存空間，可以迅速地完成排序、哈希等計算，達到快速返回運算結果的目的。若沒有足夠的內存空間，數據庫引擎將無法快速地響應用戶的請求。

2.SQL Server如何從操作系統層面分配內存

SQL Server存儲引擎本身是一個Windows下的進程，所以SQL Server使用內存和其它Windows進程一樣，都需要向Windows申請內存（通過VirtualAlloc之類的API向Windows申請內存）。

3.物理內存、虛擬內存、虛擬內存管理器

3.1物理內存（RAM）

內存芯片提供的物理存儲空間，能被CPU直接訪問，訪問速度快，易丟失。內存性能指標GB/s,ns（納秒），前者是吞吐量，后者是響應時間。磁盤性能指標MB/s,us(微秒)，從兩者對比就能看出內存訪問速度是遠優于磁盤的。

3.2虛擬內存

物理內存容量是有限的，如果所有進程都直接使用有限的物理內存，那新的進程將無法為他們找到任何物理內存，那么物理內存將容易成為瓶頸。所以Windows會授予每個進程一個虛擬地址空間（Virtual Address Space，VAS），通過VAS建立應用程序與物理內存的橋梁。

3.2.1虛擬地址空間（Virtual Address Space，VAS）

是指一個應用程序能夠申請訪問的最大地址空間。VAS作為中間的抽象層的，不是所有的請求都直接映射到物理內存，它首先映射到VAS，然后映射到物理內存。
而兩個進程可以共用一個VAS，而VAS的大小取決于CPU架構，具體請看下面表格：

OS Type	Kernel Model （內核模式）	User Model （用戶模式）	Total
32位系統	2GB	2GB	4GB
64位系統	8TB	8TB	16TB

VAS有兩種內存模式，Kernel Model和User Model。Kernel Model下的VAS是供Windows系統進程使用，而User Model下的VAS是供用戶進程使用。
由表格可知，32位Windows系統應用程序可以訪問最大2GB的VAS，64Windows位系統可以訪問最大8TB的VAS。這意味著在32位Windows系統中一個word文檔進程跟一個SQL Server進程能得到最大2GB的VAS是一樣的。因此，從理論上講，這意味著任何應用程序進程在32位Windows系統上都將共享最大限度的2 G的VAS。

3.3虛擬內存管理器（Virtual Memory Manager，VMM）

VMM是負責把物理內存在系統中所有需要內存的進程之間作共享，必要時會從VAS回收物理內存，把數據存儲到頁面文件上面去，保證數據永不丟失。當進程需要內存時，VMM會從頁面文件中查找數據，并將這數據寫入一部分空閑內存當中，然后將新頁面映射到需要操作的VAS當中。

4.SQL Server內存架構

SQL Server 2012對內存管理這塊跟SQL Server 2008還是有比較大的區別的，參考一些資料，下面我們來看看兩者具體架構。

SQL Server 2008 R2：

SQL Server 2012：

名詞術語

4.1緩沖池（Buffer Pool）

為了更加清楚了解Buffer Pool，我們先來了解下 SQL Server的所需要的內存有哪些，其中包括SQL Server服務(sqlserver.exe)和其它一些組件所占用的內存，例如SQL Server代理程序（sqlagent.exe）, SQL Server復制代理程序、SQL Server報表服務(ReportingServicesService.exe)、SQL Server Analysis Services(msmdsrv.exe)、SQL Server Integration Services(MsDtsSrvr.exe)，和SQL Server 全文搜索(msftesql.exe)。
在一臺運行SQL Server的服務器上，運行著sqlserver服務(sqlserver.exe)和其它一些組件。在sqlserver服務(sqlserver.exe)獲取到的內存中，又分為2大塊：一部分為Buffer Pool，另一部分為非Buffer Pool，舊稱MemToReserve（默認sqlserver.exe給它預留了256MB）。下表為這兩部分內存各自的用途：

SQL Server 進程所占內存
Buffer Pool EXEC sp_configure N'min server memory EXEC sp_configure N'max server memory	非Buffer Pool（即MemToReserve） (默認為256MB), 可以sqlserver.exe啟動時加-g參數，預留足夠內存（預留內存大小=256MB+工作線程數*512KB）
Buffer Pool中主要存放之前查詢中的數據頁，和索引頁。然后根據它自已的算法，自動清理過期過訪問或效率低下的頁。	SQL Server工作線程	占用不多
	分布式查詢引用的OLE DB訪問接口	如操作鏈接服務器
	備份還原	維護計劃或者T-SQL備份恢復
	擴展過程	如sp_或sys開頭的系統存儲過程，sp_OACreate 存儲過程
	多頁的分配器SQL Server內存管理器	如.net framework程序（它們連接sqlserver的網絡包大小為8K, sqlserver默認網絡包大小為4k）
	.DLL文件
	SQL Server CLR的Microsoft COM對象

4.2 Single-Page

這塊內存是<=8kb的存儲，適用于sql server 2008及以前，屬于Buffer Pool緩沖池來分配。有存儲數據頁面，Consumer功能組件。

4.3 Multi-Page

這塊內存是>8kb的存儲，適用于sql server 2008及以前，不屬于Buffer Pool緩沖池來分配, 有存儲Consumer功能組件, 第三方代碼, Threads線程。

4.4 Any Size Page

這個適用于sql server 2012及以上，整合了single-page,multi-page統稱any size page。

4.5 Memory Manager

它來統一響應SQL Server 內部各種組件內存申請的請求。因為這個原因，在SQL Server 2012里面，max server memory 不再像以前的版本那樣，只控制buffer pool的大小，也包括那些大于8kb 的內存請求。也就是，max server memory能夠更準確地控制SQL Server 的內存使用了。

5.SQL Server 2008內存

從內存架構我們可以看到有page reservation需預先申請的內存，有momory objects從windows api申請的內存，有clr第三方申請的內存。

內存使用分類

5.1按用途分類

（1）Database Cache（數據頁面緩沖區）

存放數據頁面的緩沖區。SQL Server數據庫里的數據都是以8KB為一個頁面存儲。當有用戶需要使用到這個頁面上存儲的數據時，SQL Server會把整個頁面都調入內存，供用戶使用。所以8KB是數據訪問的最小單元。當用戶修改了某個頁面上的數據時，SQL Server會在內存中將這個頁面修改，但是不會立刻將這個頁面寫回磁盤，而是等到后面的Checkpoint或Lazy Write的時候集中處理。

（2）各類Consumer

SQL Server的很多功能組件，都必須要申請內存來完成它們的任務。這些統稱為“Consumer”。常見有如下：

• Connection：SQL Server為每個連接分配一個數據結構，存儲關于這個連接的信息。另外，還會分配一個輸入緩沖池，緩沖客戶端發來的指令；一個輸出緩沖池，存放SQL Server返回的結果，等待客戶端取走。
• General：一組大雜燴。包括語句的編譯、范式化、每個鎖數據結構、事務上下文、表格和索引的元數據等。
• Query Plan：語句和存儲過程的執行計劃。和Database Cache類似，如果SQL Server沒有內存壓力，它就會保留每一個生成的執行計劃，供以后的用戶重用，減少Comlile的消耗。所以Query Plan也會是一塊比較大的內存使用區域。
• Optimizer：SQL Server在生成執行計劃的過程中需要消耗的內存。
• Utilities：像BCP、Log Manager、Parallel Queries、Backup等比較特殊的操作需要的內存。

（3）線程內存

SQL Server會為每個進程內的每個線程分配0.5MB的內存，以存放線程的數據結構和相關信息。

（4）第三方代碼申請的內存（COM，XP…）

在SQL Server的進程里，會運行一些非SQL Server自身的代碼。例如，用戶定義的CLR或者Extended Stored Procedure代碼，Linked Server需要加載的數據連結驅動，調用SQL Mail功能需要加載的MAPI動態庫等。這些代碼也會申請內存，會算在SQL Server自己都不知道。

5.2按申請方式分類

有些SQL Server內存的申請方式，是預先Reserve一塊大的內存，然后在使用的時候一小塊一小塊地Commit。而另外的內存申請則直接從空間里Commit。在SQL Server里，把后一種方式叫Stolen。
在SQL Server里，對Database Cache，SQL Server會先Reserve，再Commit。其他的所有內存使用，基本都是直接Commit，都是“Stolen”。要重申的是，Stolen內存也是正常使用的內存，不是泄漏掉的內存。
之所以要把這兩種分開，是因為SQL Server不會對Stolen的內存使用AWE功能。也就是說，AWE擴展出去的內存，只能用來存放Database Cache。其他內存還要在原來的那2GB里想辦法。

5.3按申請大小分類

對于SQL Server自己申請的內存，有兩種內存申請單位。
小于等于8KB一個單位內存申請，SQL Server就分配一個8KB頁面。所有這些頁面都集中管理，這塊內存被稱為Buffer Pool。一次一個頁面的這種分配稱為Single Page Allocation。
對于大于8KB為單位的內存申請，SQL Server把它們集中在另外一個區域，稱為Multi-Page Allocation（舊稱MemToLeave）。而這種分配稱為Multi-Page Allocation。

5.4各個內存分類方法之間的關系：

類型	Database Cache	Consumer	3rh Party Code	Threads
Reserved/Commit	是	一般不是	一般不是	不是
Stolen	不是	是	是	是
Buffer Pool （Single Page）	所有	絕大部分	沒有	沒有
MemToLeave（Multi-Page）	沒有	一小部分	所有	所有

這里的一個例外是運行在SQL Server進程里的CLR代碼所申請的內存。這部分內存像第三方代碼一樣，也是使用MemToLeave的內存。但是，CLR可能也會用Reserve-Commit的方式申請內存。所以MemToLeave的內存也并不是都是Stolen的。

6.SQL Server 2012內存

根據SQL Server內存架構圖，我們可以知道，在2012版本上，Single Page Allocation跟Multi-Page Allocation合并為Any Size Page Allocation了。而max server memory控制的不但是 Buffer Pool內存大小，而是所有大于等于小于8KB的內存請求。
如圖：

比如我設置最小服務器內存為8G，重新啟動下SQL Server (MSSQLSERVER)服務，再使用dmv來查看當前實例的總內存空間，以及占用內存空間：
–Target Server Memory (KB)最多能申請的內存量
–Total Server Memory (KB)目前使用了多少內存量

SELECT counter_name, ltrim(cntr_value*1.0/1024.0/1024.0)+’G’?
AS memoryGB FROM sys.dm_os_performance_counters?
WHERE counter_name like ‘%target%server%memory%’or counter_name like ‘%total%memory%’