如何监控SQL Server服务器CPU的各项指标-sql server 性能监控

本文转载自微信公众号「DBA闲思杂想录」，作者潇湘隐者。转载本文请联系DBA闲思杂想录公众号。

如何采集SQL Server数据库服务器上的CPU的一些指标呢?我们知道一些监控工具(例如Zabbix)可以很简单、轻松的获取CPU利用率等指标，但是Zabbix需要在服务器上安装客户端，那么能否通过SQL账号，直接获取例如CPU利用率，SQL Server数据库实例CPU利用率(Instance CPU Utilization)、CPU Signal Waits这些指标呢?如下图所示：

在SQL Server中，其实有个没有文档的DMV视图sys.dm_os_ring_buffers，我们可以从这个DMV中获取服务器CPU利用率，数据库实例的CPU利用率，脚本如下

 /************************************************************************************************************** 
    --脚本名称  ：      get_cpu_utilization_his.sql 
    --脚本作者  :        
    --创建日期  :       2017-05-28 
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    脚本功能    ：       查看SQL Server数据库实例服务器的CPU利用率信息 
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    注意事项    :       1: 默认情况下，从sys.dm_os_ring_buffers中只能获取最近的256分钟数据（间隔为1分钟），这个 
                           DMV没有文档（undocumented）,所以要获取整个服务器的cpu利用率，必须定期采集数据才行。 
                       2: cpu_ticks指定当前的 CPU 时钟周期计数。  CPU 时钟周期数是从处理器的 RDTSC 计数器获得的。它是一个仅增加的数字。 不可为 Null。ms_ticks指定自从计算机启动以来的毫秒数。 不可为 Null。 
 
                      变量@ts_now可能存在毫秒级别的差异. 
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                        此脚本支持SQL Server 2008、2012、2014、2016、2017 
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    更新记录    ：      2017-05-28 创建此脚本 
                      2019-10-15 加入OS CPU Utilization(%) 
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DECLARE @ts_now BIGINT; 
SET  @ts_now= ( SELECT  cpu_ticks / ( cpu_ticks / ms_ticks ) 
                FROM    sys.dm_os_sys_info WITH ( NOLOCK ) 
              );  
 
 
 SELECT  
        @@SERVERNAME AS [Server Name]  
       ,DATEADD(ms, -1 * (@ts_now  - [timestamp] ), GETDATE()) AS [Event Time] 
       ,SQLProcessUtilization                                  AS [SQL Server Process CPU Utilization(%)]  
       ,100 - SystemIdle - SQLProcessUtilization               AS [Other Process CPU Utilization(%)]  
       ,100 - SystemIdle                                       AS [OS CPU Utilization(%)] 
       ,SystemIdle                                             AS [System Idle Process(%)]  
 
 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 WITH ( NOLOCK ) 
                      WHERE     ring_buffer_type = N'RING_BUFFER_SCHEDULER_MONITOR' 
                                AND record LIKE N'%<SystemHealth>%' 
                    ) AS x 
        ) AS y 
 ORDER BY record_id DESC 
 OPTION ( RECOMPILE ); 
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sys.dm_os_ring_buffers是一个没有文档函数，里面仅仅保存了256分钟的CPU利用率数据，一分钟一条数据。但是也没有其它地方可以设置，延长保存更长时间的数据，所以如果要获取历史的CPU利用率等指标数据，只能通过Python或作业定期采集。下面是Python中要用到的表和脚本。

USE YourSQLDba; 
GO 
IF NOT EXISTS(SELECT 1 FROM sys.objects WHERE type='u' AND name='SERVER_CPU_INFO') 
BEGIN 
      CREATE TABLE dbo.SERVER_CPU_INFO 
      ( 
         [server_name]    NVARCHAR(64), 
         [event_time]    DATETIME, 
         [sqlserver_cpu_utilization] FLOAT NOT NULL, 
         [other_cpu_utilization]     FLOAT NOT NULL, 
         [os_cpu_utilization]  FLOAT NOT NULL, 
         [idle_cpu_utilization]     FLOAT NOT NULL, 
         CONSTRAINT PK_SERVER_CPU_INFO PRIMARY KEY([server_name], [event_time]) 
      ); 
END 
GO 
 
EXEC sys.sp_addextendedproperty @name = N'MS_Description', 
    @value = N'服务器CPU利用率信息表', @level0type = N'SCHEMA', @level0name = N'dbo', 
    @level1type = N'TABLE', @level1name = N'SERVER_CPU_INFO'; 
GO 
EXEC sys.sp_addextendedproperty @name = N'MS_Description', @value = N'服务器名称', 
    @level0type = N'SCHEMA', @level0name = N'dbo', @level1type = N'TABLE', 
    @level1name = N'SERVER_CPU_INFO', @level2type = N'COLUMN', 
    @level2name = N'server_name'; 
GO 
EXEC sys.sp_addextendedproperty @name = N'MS_Description', 
    @value = N'事件发生日期时间', @level0type = N'SCHEMA', @level0name = N'dbo', 
    @level1type = N'TABLE', @level1name = N'SERVER_CPU_INFO', 
    @level2type = N'COLUMN', @level2name = N'event_time'; 
GO 
EXEC sys.sp_addextendedproperty @name = N'MS_Description', 
    @value = N'SQL Server实例占用CPU百分比', @level0type = N'SCHEMA', 
    @level0name = N'dbo', @level1type = N'TABLE', 
    @level1name = N'SERVER_CPU_INFO', @level2type = N'COLUMN', 
    @level2name = N'sqlserver_cpu_utilization'; 
GO 
EXEC sys.sp_addextendedproperty @name = N'MS_Description', 
    @value = N'服务器CPU利用率', @level0type = N'SCHEMA', @level0name = N'dbo', 
    @level1type = N'TABLE', @level1name = N'SERVER_CPU_INFO', 
    @level2type = N'COLUMN', @level2name = N'os_cpu_utilization'; 
GO 
EXEC sys.sp_addextendedproperty @name = N'MS_Description', 
    @value = N'空闲CPU利用率', @level0type = N'SCHEMA', @level0name = N'dbo', 
    @level1type = N'TABLE', @level1name = N'SERVER_CPU_INFO', 
    @level2type = N'COLUMN', @level2name = N'idle_cpu_utilization'; 
GO 
EXEC sys.sp_addextendedproperty @name = N'MS_Description', @value = N'其它进程利用率', 
    @level0type = N'SCHEMA', @level0name = N'dbo', @level1type = N'TABLE', 
    @level1name = N'SERVER_CPU_INFO', @level2type = N'COLUMN', 
    @level2name = N'other_cpu_utilization'; 
GO 
 
 MERGE INTO dbo.SERVER_CPU_INFO S 
 USING 
 ( 
 SELECT  
   @@SERVERNAME AS [Server Name]  
     ,DATEADD(ms, -1 * ( (SELECT  cpu_ticks / ( cpu_ticks / ms_ticks ) FROM    sys.dm_os_sys_info WITH ( NOLOCK ))  
        - [timestamp] ), GETDATE()) AS [Event Time] 
     ,SQLProcessUtilization                                  AS [SQL Server Process CPU Utilization(%)]  
     ,100 - SystemIdle                                       AS [OS CPU Utilization(%)] 
     ,SystemIdle                                             AS [System Idle Process(%)]  
     ,100 - SystemIdle - SQLProcessUtilization               AS [Other Process CPU Utilization(%)]  
  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 WITH ( NOLOCK )  
                 WHERE     ring_buffer_type = N'RING_BUFFER_SCHEDULER_MONITOR' 
         AND record LIKE N'%<SystemHealth>%' 
      ) AS x 
   ) AS y  
 ) T 
 --ON (T.[Server Name] = S.server_name AND T.[Event Time] = s.event_time)   
 --注意：由于计算[Event Time]存在偏差，可能导致出现重复记录，只能将其转化精确到分. 
 ON (T.[Server Name] = S.server_name AND CONVERT(VARCHAR(16),T.[Event Time],120) = CONVERT(VARCHAR(16),s.event_time,120)) 
 WHEN NOT MATCHED THEN 
 INSERT  (  
          [server_name]              
         ,[event_time]   
         ,[sqlserver_cpu_utilization] 
         ,[os_cpu_utilization]  
         ,[idle_cpu_utilization]  
         ,[other_cpu_utilization] 
     
    ) 
  VALUES (   T.[Server Name]  
            ,CONVERT(VARCHAR(19),T.[Event Time],120) 
            ,T.[SQL Server Process CPU Utilization(%)]  
            ,T.[OS CPU Utilization(%)] 
            ,T.[System Idle Process(%)]  
            ,T.[Other Process CPU Utilization(%)]  
    ); 
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有时候项目经理会跟你说，我们数据库服务器CPU压力大不大，存不存在CPU资源瓶颈?你怎么判断呢?我们不能仅仅根据服务器CPU的利用率来判断，毕竟业务高峰期间，服务器CPU利用率本来可能就比较高，一般而言，我们还需要通过指标“Signal Wait Percent”来判定CPU是否存在瓶颈，通过这个指标判断CPU的瓶颈是否影响了数据库性能。在了解这个指标前，我们先要了解“CPU signal wait time”这个指标。这个指标是啥呢?它指进程或线程从发出信号到开始运行的时间差，在等待运行队列中时间开销，是单纯的CPU等待。

而指标“Signal Wait Percent”它描述了指令等待CPU资源的时间占总时间的百分比。如果“Signal Wait Percent”较高的话，这可能表明CPU已被过度使用，从而迫使SQL Server进程进入任务等待。如果超过20%，说明CPU资源紧张，存在瓶颈。

Signal Wait Percent

The signal wait percentage shows the percentage of overall time that sessions are waiting for a CPU to become available. Anything over 20% would indicate that there is a possible CPU resource bottleneck.

获取“Signal Wait Percent”的脚本如下

SELECT  CAST(100.0 * SUM(signal_wait_time_ms) / SUM(wait_time_ms) AS NUMERIC(20, 
                                                              2)) AS [signal wait percent(%)] , 
        CAST(100.0 * SUM(wait_time_ms - signal_wait_time_ms) 
        / SUM(wait_time_ms) AS NUMERIC(20, 2)) AS [resource waits(%)] 
FROM    sys.dm_os_wait_stats 
OPTION  ( RECOMPILE ); 
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注意，signal_wait_time_ms这些值是从服务器的最后一次重新启动后开始计算或累加的，由于是一个累加值，所以，上面计算的[signal wait percent(%)]的值是一个平均值，一段时间内可能不会有变化，它不适合计算某个时间点或时间段之间的“Signal Wait Percent”，可以有下面两种方法解决：

1：使用以下方法将其重置后，然后计算“Signal Wait Percent”。不推荐使用这种方法。因为这类操作可能会影响其他数据采集或监控指标。
DBCC SQLPERF ('sys.dm_os_wait_stats', CLEAR);
2：间隔(一分钟)采集一次指标signal_wait_time_ms 和wait_time_ms的值，然后用后面一次的值减去上面一次的值，从而可以计算一分钟内的“Signal Wait Percent”。

另外，如果一个SQL Server实例下，有多个用户数据库，那么有没有方法统计那个用户数据库消耗了服务器CPU资源的比例呢?统计那个用户数据库消耗的CPU资源最多。当然这个只是大概统计，不是非常精准。

WITH    DB_CPU_Stats 
          AS ( SELECT   pa.DatabaseID , 
                        DB_NAME(pa.DatabaseID) AS [Database Name] , 
                        SUM(qs.total_worker_time / 1000) AS [CPU_Time_Ms] 
               FROM     sys.dm_exec_query_stats AS qs WITH ( NOLOCK ) 
                        CROSS APPLY ( SELECT    CONVERT(INT, value) AS [DatabaseID] 
                                      FROM      sys.dm_exec_plan_attributes(qs.plan_handle) 
                                      WHERE     attribute = N'dbid' 
                                    ) AS pa 
               GROUP BY DatabaseID 
             ) 
    SELECT  ROW_NUMBER() OVER ( ORDER BY [CPU_Time_Ms] DESC ) AS [CPU Rank] , 
            [Database Name] , 
            [CPU_Time_Ms] AS [CPU Time (ms)] , 
            CAST([CPU_Time_Ms] * 1.0 / SUM([CPU_Time_Ms]) OVER ( ) * 100.0 AS DECIMAL(5, 
                                                              2)) AS [CPU Percent(%)] 
    FROM    DB_CPU_Stats 
    WHERE   DatabaseID <> 1  
    ORDER BY [CPU Rank] 
OPTION  ( RECOMPILE ); 
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总结：

这里我们介绍了如何通过SQL Server的一些DMV视图获取服务器CPU的各项指标数据的一些方法，它的优点是不用在服务器上安装客户端(Agent)工具，一个SQL账号即可采集收集CPU各项指标数据。不足也比较明显，例如，采集频率无法定制。其实像Solarwinds的Database Performance Analyzer等工具就是用这种方式采集CPU各项指标。各有利弊。了解了这些知识点，你也可以在自己的监控工具中加入这些功能，完善、增加一些监控功能。