Windows 电源计划对 SQL 查询影响

Dirceu Resende 是微软的高级项目经理，不久前，他曾验证服务器电源选项对查询的性能影响。他也是看了某 SQL Server 顾问的文章而验证的。文章提到，客户购买的新服务器比旧服务器要好得多，但查询比旧服务器却慢了一倍时间，这是由于Windows 电源计划设置引起的。

作者也想亲自测试一遍，以验证Windows 电源计划对SQL Server查询的影响。

创建测试数据

IF (OBJECT_ID('dbo.TesteCPU') IS NOT NULL) DROP TABLE dbo.TesteCPU
SELECT TOP(10000)  MyInt = CONVERT(BIGINT, o1.[object_id]) + CONVERT(BIGINT, o2.[object_id]) + CONVERT(BIGINT, o3.[object_id])
INTO dbo.TesteCPU
FROM sys.objects o1
JOIN sys.objects o2 ON o1.[object_id] < o2.[object_id]
JOIN sys.objects o3 ON o1.[object_id] < o3.[object_id]
GO

用于测试的SQL脚本（强制使用所有 16 个逻辑CPU）

SELECT SUM(CONVERT(BIGINT, o1.MyInt) + CONVERT(BIGINT, o2.MyInt))
FROM dbo.TesteCPU o1
JOIN dbo.TesteCPU o2 ON o1.MyInt < o2.MyInt
OPTION(MAXDOP 16) -- Forçar usar todos os cores do meu servidor
GO

用于测试的处理器是 Intel i9 9900K，有 8 个核心（ 16 个逻辑核心），启用了 Turbo Boost 2.0，最高频率设置为 4.7 GHz。

这里使用一个简单测试工具是SQLQueryStress，用于对数据库压测，这是很不错的工具，值得推荐。同时，为了管理电源计划、打开/关闭 Turbo Boost 以及管理CPU频率，使用了 Quick CPU 工具，该工具用于检查CPU运行情况也很不错。

使用 SQLQueryStress 工具，作者将在 10 次迭代中运行上面查询语句（强制使用所有 16 个内核），每次迭代同时运行 2 次。在每个查询之间添加了 2 秒的等待时间，让处理器“休息”并减少时钟。

使用“节能”计划：

总运行时间 59.21 秒，平均执行时间 3.91 秒，每次迭代的 CPU（并行度）为 18.5 秒

使用“高性能”计划：

总运行时间 43.64 秒，平均执行时间 2.33 秒，每次迭代的 CPU（并行度）为 10.56 秒

如上所见，在高性能电源计划中，总持续时间减少了 21%，平均执行时间减少了 40.4%，CPU 时间减少了 43%。

发生了什么？

要了解由于Windows 电源计划配置而导致性能如此差异的原因，我们先了解这些电源计划的工作原理。Windows 中默认有 3 个电源计划可选

• 平衡：此计划在你真正需要时为你提供全面的性能。此计划可在不活动期间节节能能。

• 节能：此计划通过降低系统性能来节节能力。它可以帮助移动 PC （如笔记本）用户有效利用电池电量。

• 高性能：此计划最大化系统性能和响应能力。对于移动 PC 用户的电池电量不会持续太长时间。

你也可以更改电源计划。打开电源选项，请打开 DOS 提示屏幕或运行窗口 (Windows + R)，然后键入：

%windir%\system32\control.exe name Microsoft.PowerOptions

要准确了解这些 Windows 电源计划的不同之处，我们可以查看每个电源计划的高级设置：

节能（最低 CPU 使用率 5%，最高使用率 100%，被动冷却）

平衡（最低 CPU 使用率为 5%，最高使用率为 100%，主动冷却）

高性能（最低 CPU 使用率100%， 最高使用率为 100%，主动冷却）

正如我们所看到的，最大的区别在于冷却策略（主动/被动）和最低 CPU 使用率。在“平衡”和“节能”模式下，最低使用率为 5%，CPU 时钟频率在最大容量的 5% 到 100% 之间，具体取决于使用情况。在“高性能”电源模式下，Windows 将始终使用始终保持最大 CPU 容量。

在“平衡”和“节能”电源模式下，如果服务器有一段时间几乎没有活动并且突然收到一些复杂查询，那么当这个复杂查询到达时，它最终将不得不提高处理器速度，之后运行时，它会自动降低时钟以节约能量。

测试启用 Turbo Boost（睿频加速，Intel提高CPU时钟频率的超频技术），“节能”电源计划仅将处理器频率提升到处理器的额定最大值 (3.6 GHz) 并达到 1.4 GHz 的低点。当运行一些查询时，“平衡”电源计划达到 4.7 GHz，运行后，它在 3.5 GHz 和 4.5 GHz 之间变化。在“高性能”计划中，时钟在 4.5 和 4.7 GHz 之间变化。

这就是使用不同电源计划时存在的不同之处。使用 Quick CPU 你能更详细地分析电源计划。

重要提示：请记住检查“Turbo Boost”选项是否已启用（如果您的处理器是 Intel），因为它会自动增加 CPU 时钟频率，从而提高查询速度。此功能是处理器固有的，不被视为超频，因为它是由 CPU 本身和主板一起完成的。

查看或更改当前的电源计划

•  从控制面板、或者搜索、或者命令行打开“电源计划”面板

%windir%\system32\control.exe name Microsoft.PowerOptions

• 使用 Quick CPU 工具

• 使用命令行查看或修改

HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft\Windows\CurrentVersion\explorer\ControlPanel\NameSpace\{025A5937-A6BE-4686-A844-36FE4BEC8B6D}


# PreferredPlan 的值有3种可选，可通过命令查看：
C:\Users\JEESON>Powercfg List
现有电源使用方案 (* Active)
-----------------------------------
电源方案 GUID: 381b4222-f694-41f0-9685-ff5bb260df2e  (平衡) *
电源方案 GUID: 8c5e7fda-e8bf-4a96-9a85-a6e23a8c635c  (高性能)
电源方案 GUID: a1841308-3541-4fab-bc81-f71556f20b4a  (节能)


# 更改
powercfg.exe setactive 8c5e7fda-e8bf-4a96-9a85-a6e23a8c635c

• 使用TSQL查看或修改

-- 查看电源计划
DECLARE @value VARCHAR(64)
EXEC master.dbo.xp_regread
    @rootkey = 'HKEY_LOCAL_MACHINE',
    @key = 'SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Power\User\PowerSchemes',
    @value_name = 'ActivePowerScheme',
    @value = @value OUTPUT;
SELECT (CASE 
    WHEN @value = '381b4222-f694-41f0-9685-ff5bb260df2e' THEN '(Balanced)'
    WHEN @value = '8c5e7fda-e8bf-4a96-9a85-a6e23a8c635c' THEN '(High performance)'
    WHEN @value = 'a1841308-3541-4fab-bc81-f71556f20b4a' THEN '(Power saver)'
END)


-- 更改电源计划，如改为 High Performance 模式
EXEC sys.xp_cmdshell 'powercfg.exe setactive 8c5e7fda-e8bf-4a96-9a85-a6e23a8c635c'

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