COD2012 C3 : SQL Server 2012で振り返る、SQLOSのスレッドスケジューリング

SQL Server 2012で振り返る、SQLOSのスレッドスケジューリング

日本マイクロソフト

古賀啓一郎

©2012 Microsoft Corporation. All Rights Reserved.

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はじめに

• SQL Server のスレッドスケジューリングとは

– ノンプリエンプティブなスレッドスケジューリング

– プリエンプティブ or ノンプリエンプティブ


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Agenda

• SQL Server 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(25分)

• SQLOS スケジューリング関連コンポーネント(15分)

• 質疑応答 (5分)


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SQL Server スケジューリングの歴史

SQL Server Schedulingの歴史

• SQL Server 6.x

Preemptive Thread

• SQL Server 7/2000

Non-Preemptive Thread (UMS)

• SQL Server 2005/2008/2012

Non-Preemptive Thread (SQLOS)


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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

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Reserved. 6




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SQL Serverのスレッドスケジューリング

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。

• 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。


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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


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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

• 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


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SQL Server(SQLOS)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

• 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


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SQL Server(SQLOS)のスレッド管理


• Running状態

CPUを使用しているスレッド

• Runnable状態

CPUの使用権を待機しているスレッド (Runnable Queueに存在している)

• Waiting状態

同期オブジェクト上で待機しているスレッド (Wait Queueに存在している)

SQL Server(SQLOS)のスレッド管理


• 具体例の紹介

– SQLOS Yield APIの呼び出し

– 同期オブジェクトの待機とは

SQLOS Yield APIの処理


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1. コールしたスレッド(自分)をRunnable Queueに追加する

SOS上Runnable, Windows OS上はRunning

2. Runnable Queueで待機している先頭のスレッド

をRunning状態にする

3. 別のスレッドがRunning状態してくれるのを待機する

Windows OS上は待機状態

Preemptiveの世界 (Code Sample)


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CSample::Execute() { Compile(); Optimize(); Execute(); }

SQLOSの世界 (Code Sample)


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CSample::Execute() { Compile(); Yield(); Optimize(); Yield(); Execute(); }

Quiz


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VOID WaitForLockResource (HANDLE hlockEvent) { // // ロックリソースが解放されるまで待機する // WaitForSingleObject(hlockEvent, LOCK_TIMEOUT); }

SQLOSの世界において、次のコードはどこが問題か？

Answer


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• Running状態(SQLOS上)のまま待機に入っている (CPUを使用しない状態)

• SQLOSの世界では、Windows APIの待機系関数(同期オブジェクト)を直接使用することができない

• SQLOSが提供する同期オブジェクトを使用しなければならない

SQLOS待機系 APIの処理


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Waitメソッド 1. コールしたスレッド(自分)をWait Queueに追加する

2. Runnable Queueで待機している先頭のスレッドをRunning状態に

する

3. 待機状態に入る(シグナル化待ち) Signalメソッド 1. 同オブジェクトで待機しているスレッドをWait Queueからとりだす

2. 取り出したスレッドを、Runnable Queueに追加する (Runnable状

態にする)

まとめ:SQLOSスレッド状態の遷移


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• Yield API 呼び出し

Running ---> Runnable (Runnable Queue)

• SOS 待機系 API 呼び出し

Running ---> Waiting (Wait Queue) ---> 同期オブジェクトのシグナル化 ---> Runnable (Runnable Queue)


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SQLOS スケジューリングコンポーネント

SOS Schedulers


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• スレッドのスケジューリングを管理しているクラス

インスタンスはDMV sys.dm_os_schedulersで確認できる CPU or Coreを表現するクラス Runnable キューを保持している Yield APIやSOS 待機系 API 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 (SOS上のContextSwitch)

• SOS Schedulerには2つのタイプがある Hidden Scheduler

システムスレッドが所属するスケジューラ

Visible Scheduler

ユーザーリクエストを実行するスレッドが所属するスケジューラ 1 CPU or Core 毎に 1インスタンス生成される

SystemThread and Worker


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• SystemThread OSのスレッドを表現するクラス

DMV sys.dm_os_threadsで確認できる

スレッドのスレッドローカルストレージ(TLS)に保存されている

• Worker ワーカースレッドを表現するクラス

SystemThreadとバインドされて初めて使用可能となる

DMV sys.dm_os_workersで確認できる

Thread Mode


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• Non-Preemptive Mode

– SOS Schedulerで管理されているスレッドモード • これまでに説明してきたスレッド、自身でスレッドスケジュー

リングしなければならない

• SQL Serverのほとんどのスレッドは、Non-Preemptiveスレッド

• Preemptive Mode – SOS Schedulerの管理下にないスレッドモード

• SOS 待機系関数を呼び出さないで待機状態となる可能性がある場合

e.g Windows APIコール (GetGroupMember)

SQL Server2012 Preemptive スレッド


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• ヘルスチェックスレッド

sp_server_diagnosticsスレッド

Lease HandShake スレッド

など

• Preemptiveの必要性

ユーザーリクエストに干渉されないため

Scheduler Monitor


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• Preemptiveスレッド

• 5秒間隔で各スケジューラを監視

e.g Non-Yielding Scheduler監視 15 秒間スケジューラを解放しないスレッドがいる (エラーログ17833, mini-dump) How To Diagnose and Correct Errors 17883, 17884, 17887, and 17888 http://msdn.microsoft.com/en-us/library/cc917684.aspx

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/cc917684.aspx




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

• CPU時間の管理(CPUの解放)はSQLOSが提供するAPIを使用している

• 一部のスレッドは、Preemptiveモードで動作する


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質疑応答


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最後に

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