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
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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

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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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SQL Serverのスレッドスケジューリング

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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)

Reserved.

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

Reserved.

SQLOS Yield APIの処理
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

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Reserved.

Preemptiveの世界 (Code Sample)

CSample::Execute()
{

Compile();

Optimize();

Execute();

}

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Reserved.

SQLOSの世界 (Code Sample)
CSample::Execute()
{
Compile();

Yield();

Optimize();

Yield();

Execute();
}

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Quiz
SQLOSの世界において、次のコードはどこが問題か？

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);

}

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Answer

• 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

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SQLOS待機系 APIの処理
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)

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まとめ:SQLOSスレッド状態の遷移

• 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

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SOS Schedulers
• 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

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SystemThread and Worker

• 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

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Thread Mode
• 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)

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SQL Server2012 Preemptive 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
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

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Scheduler Monitor
• 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

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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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