SQL Server读懂语句运行的统计信息 SET STATISTICS TIME IO PROFILE ON

SQL Server读懂语句运行的统计信息 SET STATISTICS TIME IO PROFILE ON
SQL Server读懂语句运行的统计信息 SET STATISTICS TIME IO PROFILE ON

对于语句的运行，除了执行计划本身，还有一些其他因素要考虑，例如语句的编译时间、执行时间、做了多少次磁盘读等。

如果DBA能够把问题语句单独测试运行，可以在运行前打开下面这三个开关，收集语句运行的统计信息。

这些信息对分析问题很有价值。
```
1 SET STATISTICS TIME ON
2 SET STATISTICS IO ON
3 SET STATISTICS PROFILE ON
```
SET STATISTICS TIME ON

请先来看看SET STATISTICS TIME ON会返回什么信息。先运行语句：
```
 1 DBCC DROPCLEANBUFFERS
 2 --清除buffer pool里的所有缓存数据
 3 DBCC freeproccache
 4 GO
 5 
 6 --清除buffer pool里的所有缓存的执行计划
 7 SET STATISTICS TIME ON
 8 GO
 9 USE [AdventureWorks]
10 GO
11 SELECT DISTINCT([ProductID]),[UnitPrice] FROM [dbo].[SalesOrderDetail_test]
12 WHERE [ProductID]=777
13 GO
14 SET STATISTICS TIME OFF
15 GO
```
除了结果集之外，SQLSERVER还会返回下面这两段信息
```
 1 SQL Server 分析和编译时间: 
 2    CPU 时间 = 15 毫秒，占用时间 = 104 毫秒。
 3 SQL Server 分析和编译时间: 
 4    CPU 时间 = 0 毫秒，占用时间 = 0 毫秒。
 5 
 6 (4 行受影响)
 7 
 8 SQL Server 执行时间:
 9    CPU 时间 = 171 毫秒，占用时间 = 1903 毫秒。
10 SQL Server 分析和编译时间: 
11    CPU 时间 = 0 毫秒，占用时间 = 0 毫秒。
```
大家知道SQLSERVER执行语句是分以下阶段：分析-》编译-》执行

根据表格的统计信息分析出比较合适的执行计划，然后编译语句，最后执行语句

下面说一下上面的输出是什么意思：

1、CPU时间 ：这个值的含义指的是在这一步，SQLSERVER所花的纯CPU时间是多少。也就是说，语句花了多少CPU资源

2、占用时间 ：此值指这一步一共用了多少时间。也就是说，这是语句运行的时间长短，有些动作会发生I/O操作，产生了I/O等待，

或者是遇到阻塞、产生了阻塞等待。总之时间用掉了，但是没有用CPU资源。所以占用时间比CPU时间长是很正常的，但是CPU时间是

语句在所有CPU上的时间总和。如果语句使用了多颗CPU，而其他等待几乎没有，那么CPU时间大于占用时间也是正常的

3、分析和编译时间：这一步，就是语句的编译时间。由于语句运行之前清空了所有执行计划，SQLSERVER必须要对他编译。

这里的编译时间就不为0了。由于编译主要是CPU的运算，所以一般CPU时间和占用时间是差不多的。如果这里相差比较大，

就有必要看看SQLSERVER在系统资源上有没有瓶颈了。

这里他们是一个15毫秒，一个是104毫秒

4、SQLSERVER执行时间： 语句真正运行的时间。由于语句是第一次运行，SQLSERVER需要把数据从磁盘读到内存里，这里语句的

运行发生了比较长的I/O等待。所以这里的CPU时间和占用时间差别就很大了，一个是171毫秒，而另一个是1903毫秒

总的来讲，这条语句花了104+1903+186=2193毫秒，其中CPU时间为15+171=186毫秒。语句的主要时间应该是都花在了I/O等待上

现在再做一遍语句，但是不清除任何缓存
```
1 SET STATISTICS TIME ON
2 GO
3 
4 SELECT DISTINCT([ProductID]),[UnitPrice] FROM [dbo].[SalesOrderDetail_test]
5 WHERE [ProductID]=777
6 
7 GO
8 SET STATISTICS TIME OFF
9 GO
```
这次比上次快很多。输出时间统计信息是：
```
 1 SQL Server 分析和编译时间: 
 2    CPU 时间 = 0 毫秒，占用时间 = 0 毫秒。
 3 SQL Server 分析和编译时间: 
 4    CPU 时间 = 0 毫秒，占用时间 = 0 毫秒。
 5 
 6 (4 行受影响)
 7 
 8 SQL Server 执行时间:
 9    CPU 时间 = 156 毫秒，占用时间 = 169 毫秒。
10 SQL Server 分析和编译时间: 
11    CPU 时间 = 0 毫秒，占用时间 = 0 毫秒。
```
由于执行计划被重用，“SQL分析和编译时间” CPU时间是0，占用时间是0

由于数据已经缓存在内存里，不需要从磁盘上读取，SQL执行时间 CPU时间是156，占用时间这次和CPU时间非常接近，是169。

这里省下运行时间1903-169=1734毫秒，从这里可以再次看出，缓存对语句执行性能起着至关重要的作用

为了不影响其他测试，请运行下面的语句关闭SET STATISTICS TIME ON
```
1 SET STATISTICS TIME OFF
2 GO
```
SET STATISTICS IO ON

这个开关能够输出语句做的物理读和逻辑读的数目。对分析语句的复杂度有很重要的作用

还是以刚才那个查询作为例子
```
1 DBCC DROPCLEANBUFFERS
2 GO
3 SET STATISTICS IO ON
4 GO
5 
6 SELECT DISTINCT([ProductID]),[UnitPrice] FROM [dbo].[SalesOrderDetail_test]
7 WHERE [ProductID]=777
8 GO
```
他的返回是：
```
1 (4 行受影响)
2 表 'SalesOrderDetail_test'。扫描计数 5，逻辑读取 15064 次，物理读取 0 次，预读 15064 次，lob 逻辑读取 0 次，lob 物理读取 0 次，lob 预读 0 次。
```
各个输出的含义是：

表：表的名称。这里的表就是SalesOrderDetail_test

扫描计数：执行的扫描次数。按照执行计划，表格被扫描了几次。一般来讲大表扫描的次数越多越不好。唯一的例外是如果执行计划选择了并发运行，

由多个thread线程同时做一个表的读取，每个thread读其中的一部分，但是这里会显示所有thread的数目。也就是有几个thread在并发做，

就会有几个扫描。这时数目大一点没问题的。

逻辑读取：从数据缓存读取的页数。页数越多，说明查询要访问的数据量就越大，内存消耗量越大，查询也就越昂贵。

可以检查是否应该调整索引，减少扫描的次数，缩小扫描范围

顺便说一下这个逻辑读取的统计原理：为什麽显示出来的结果的单位不是Page，也不是K或KB。SQLSERVER

里在做读和写的时候，会运行到某一段特定的代码。每调用一次这个代码，Reads/Write就会加1。所以这个值比较大

那语句一定做了比较多的I/O，但是不能通过这个值计算出I/O的绝对数量，这个值反映的是逻辑读写量不是物理读写量
```
1 逻辑读取 15064 次
```
物理读取：从磁盘读取的页数

预读：为进行查询而预读入缓存的页数

物理读取+预读：就是SQLSERVER为了完成这句查询而从磁盘上读取的页数。如果不为0，说明数据没有缓存在内存里。运行速度一定会受到影响

LOB逻辑读取：从数据缓存读取的text、ntext、image、大值类型（varchar(max)、nvarchar(max)、varbinary(max)）页的数目

LOB物理读取：从磁盘读取的text、ntext、image、大值类型页的数目

LOB预读：为进行查询而放入缓存的text、ntext、image、大值类型页的数目

然后再来运行一遍，不清空缓存
```
1 SET STATISTICS IO ON
2 GO
3 
4 SELECT DISTINCT([ProductID]),[UnitPrice] FROM [dbo].[SalesOrderDetail_test]
5 WHERE [ProductID]=777
6 GO
```
结果集返回：
```
1 表 'SalesOrderDetail_test'。扫描计数 5，逻辑读取 15064 次，物理读取 0 次，预读 0 次，lob 逻辑读取 0 次，
2 lob 物理读取 0 次，lob 预读 0 次。
```
这次逻辑读取不变，还是15064页。但是物理读取和预读都是0了。说明数据已经缓存在内存里
第二次运行不需要再从磁盘上读一遍，节省了时间

为了不影响其他测试，请运行下面语句关闭SET STATISTICS IO ON
```
1 SET STATISTICS IO OFF
2 GO
```
SET STATISTICS PROFILE ON

这是三个设置中返回最复杂的一个，他返回语句的执行计划，以及语句运行在每一步的实际返回行数统计。

通过这个结果，不仅可以得到执行计划，理解语句执行过程，分析语句调优方向，也可以判断SQLSERVER是否

选择了一个正确的执行计划。
```
1 SET STATISTICS PROFILE ON
2 GO
3 SELECT COUNT(b.[SalesOrderID])
4 FROM [dbo].[SalesOrderHeader_test] a
5 INNER JOIN [dbo].[SalesOrderDetail_test] b
6 ON a.[SalesOrderID]=b.[SalesOrderID]
7 WHERE a.[SalesOrderID]>43659 AND a.[SalesOrderID]<53660
8 GO
```
返回的结果集很长，下面说一下重要字段

注意：这里是从最下面开始向上看的，也就是说从最下面开始一直执行直到得到结果集所以（行1）里的rows字段显示的值就是这个查询返回的结果集。

而且有多少行表明SQLSERVER执行了多少个步骤,这里有6行，表明SQLSRVER执行了6个步骤！！

Rows:执行计划的每一步返回的实际行数

Executes:执行计划的每一步被运行了多少次

StmtText:执行计划的具体内容。执行计划以一棵树的形式显示。每一行都是运行的一步，都会有结果集返回，也都会有自己的cost

EstimateRows:SQLSERVER根据表格上的统计信息，预估的每一步的返回行数。在分析执行计划时，

我们会经常将Rows和EstimateRows这两列做对比，先确认SQLSERVER预估得是否正确，以判断统计信息是否有更新

EstimateIO:SQLSERVER根据EstimateRows和统计信息里记录的字段长度，预估的每一步会产生的I/O cost

EstimateCPU:SQLSERVR根据EstimateRows和统计信息里记录的字段长度，以及要做的事情的复杂度，预估每一步会产生的CPU cost

TotalSubtreeCost:SQLSERVER根据EstimateIO和EstimateCPU通过某种计算公式，计算出每一步执行计划子树的cost

（包括这一步自己的cost和他的所有下层步骤的cost总和），下面介绍的cost说的都是这个字段值

Warnings:SQLSERVER在运行每一步时遇到的警告，例如，某一步没有统计信息支持cost预估等。

Parallel:执行计划的这一步是不是使用了并行的执行计划

从上面结果可以看出执行计划分成4步，其中第一步又分成并列的两个子步骤

步骤a1（第5行）：从[SalesOrderHeader_test]表里找出所有a.[SalesOrderID]>43659 AND a.[SalesOrderID]<53660的值

因为表在这个字段上有一个聚集索引，所以SQL可以直接使用这个索引的seek

SQL预测返回10000条记录，实际也就返回了10000条记录.。这个预测是准确的。这一步的cost是0.202(totalsubtreecost)

步骤a2（第6行）：从[SalesOrderDetail_test]表里找出所有 a.[SalesOrderID]>43659 AND a.[SalesOrderID]<53660的值

因为表在这个字段上有一个非聚集索引，所以SQL可以直接使用这个索引的seek

这里能够看出SQL聪明的地方。虽然查询语句只定义了[SalesOrderHeader_test]表上有a.[SalesOrderID]>43659 AND a.[SalesOrderID]<53660过滤条件，

但是根据语义分析，SQL知道这个条件在[SalesOrderDetail_test]上也为真。所以SQL选择先把这个条件过滤然后再做join。这样能够大大降低join的cost

在这一步SQL预估返回50561条记录，实际返回50577条。cost是0.127，也不高

步骤b（第4行）：将a1和a2两步得到的结果集做一个join。因为SQL通过预估知道这两个结果集比较大，所以他直接选择了Hash Match的join方法。

SQL预估这个join能返回50313行，实际返回50577行。因为SQL在两张表的[SalesOrderID]上都有统计信息，所以这里的预估非常准确

这一步的cost等于totalsubtreecost减去他的子步骤，0.715-0.202-0.127=0.386。由于预估值非常准确，可以相信这里的cost就是实际每一步的cost

步骤c（第3行）：在join返回的结果集基础上算count(*)的值这一步比较简单，count(*)的结果总是1，所以预测值是正确的。

其实这一步的cost是根据上一步（b）join返回的结果集大小预估出来的。我们知道步骤b的预估返回值非常准确，所以这一步的预估cost也不会有什么大问题

这棵子树的cost是0.745，减去他的子节点cost，他自己的cost是0.745-0.715=0.03。是花费很小的一步

步骤b（第2行）：将步骤c返回的值转换为int类型，作为结果返回

这一步是上一步的继续，更为简单。convert一个值的数据类型所要的cost几乎可以忽略不计。所以这棵子树的cost和他的子节点相等，都是0.745。

也就是说，他自己的cost是0

通过这样的方法，用户可以了解到语句的执行计划、SQL Server预估的准确性、cost的分布

最后说一下：不同SQL Server版本，不同机器cost可能会不一样，例如SQL Server 2005 、SQL Server 2008

2020-4-8补充

SET STATISTICS IO ON中物理读和逻辑读的误区

SET STATISTICS IO ON实际上指的是SQL Server从文件系统读取一个数据库8K页面计算为一个物理IO/物理读，而不是对物理磁盘的一次读写IO

要说清楚这个问题，需要知道，默认一般情况下

Windows的内存分页大小单位是 4KB，Linux的内存分页大小单位是 4KB

数据库的最小读写单位是 8K页面

Windows操作系统的NTFS文件系统最小读写单位（分配单元/簇）是 4KB，Linux的操作系统的ext4文件系统的最小读写单位（block文件块）是4KB，x86系统的文件系统一般文件块都是4KB

机械硬盘的的最小读写单位（逻辑扇区和物理扇区）是512字节

固态硬盘因为没有扇区的概念，用的是分块，一个分块一般是4KB，固态硬盘暂且不讨论

如下图

那么，先说结论，实际上STATISTICS IO 中物理读和逻辑读的统计对象自始至终都是数据库8K页面，比如，逻辑读1次，物理读1次，实际上都是按8KB页为单位的，是SQL Server的统计方式

这样就会造成误解

有人会问，如果物理读为1次，那么数据库对磁盘只是做了一次读写操作一次IO，对吗

有人会问，如果逻辑读为1次，那么数据库在内存中只是读写了一个内存页一次IO，对吗

这样理解会有点问题

对于物理读情况，SQL Server是运行在Windows上的一个软件，那么这个软件在文件系统上存储数据依然按照NTFS文件系统的规则，一个8K的页面数据需要占用2个分配单元

大家可以用winhex这个软件，按8K页面查看数据库的mdf文件可以查看到完整的一个数据库页面数据

那么，这个8KB页面读或写到硬盘，就需要16*512次IO，也就是实际写入一个数据库页面需要16个硬盘IO，正因为这样，所以有可能出现页面写入不完整情况，才会有各种数据库的页面完整性检测机制，例如mysql的double write，mssql的页面校验机制

注意，即使是固态硬盘，也不要关闭这些页面完整性检测机制的参数

所以说，SET STATISTICS IO ON中你看到的1次物理读，实际上对应硬盘的16次IO

对于逻辑读情况，Windows的一个内存页是4KB，一个数据库页面8KB，读写一个内存中的数据库页面实际上是读写了两个内存页，但是STATISTICS IO 只显示逻辑读1次

然后内存中8KB数据库页跟文件系统中的8KB数据库页是一一对应的，不然的话，B+树索引结构和二分查找法就会失效，查找数据也无从谈起

总结

SET STATISTICS IO ON只是SQL Server的统计方式，实际上对硬盘、文件系统、内存产生的IO并不是那么回事，不要被它带偏了

参考文章
https://post.smzdm.com/p/ag89zv97/
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