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AWS RDS

RDS for SQL Server Express EditionでCPUが高騰する問題について

こんにちは。utsugiです。今回は、db.t2.microのRDS for SQL ServerのCPUが、接続数0でも高騰してしまう事象に直面したので、内容について記録します。
 
ユーザ操作等によりCPU使用率が高騰する場合は対策の方針も立てやすいのですが、アイドル状態で高騰してしまうと少し戸惑ってしまうこともあるかと思いますので、少しでも、どなたかのご参考になれば幸いです。

目次

RDS for SQL ServerのCPUが高騰した事象について

RDS for SQL ServerのCPU使用率が高騰した事象について、改めて、事象発生時の状況を記載致します。
 
表: RDS for SQL Serverの情報

項目 内容
エンジン SQL Server Express Edition
エンジンバージョン 13.00.5216.0.v1(※2016 SP2を指します)
インスタンスクラス db.t2.micro

 
事象が確認できたRDS for SQL Serverの情報です。なお、SQL Server 2008からアップグレードを実施して2016にしたインスタンスです。
 
図: RDS for SQL ServerのCPU使用率高騰

一時的にCPU使用率が低下することもありますが、基本的に40%台を記録し続けているような状況です。
 
その他CPU高騰時の状況

  • SQL Serverに対する接続: 無し
  • アクティブなユーザ操作: 無し
  • ハードウェア障害: 無し
  • 再起動による改善: 無し

ユーザによる操作が一切ないにも関わらずCPUが高騰し続けているという状況で、かつ、再起動によっても改善しないという形です。なお、ハードウェア障害が発生していないことは、AWSサポートにより確認できています。

RDS for SQL ServerのCPU高騰の原因 – RESOURCE MONITOR

結論としましては、SQL Serverのバックグラウンドプロセスの1つである「RESOURCE MONITOR」がCPUを高騰させていることが分かりました。特定に至った経緯を以下に記載致します。

OSとSQL ServerのどちらがCPUを高騰させているかの切り分け

まずは、大きく分類して、OSとDBのどちらがCPUを高騰させているのかを確認するところから始めました。拡張モニタリングでも確認することができますが、今回は無効であったため、RDS for SQL Serverのパフォーマンス ダッシュボードを確認するところから始めました。
 
図: パフォーマンス ダッシュボードの表示

パフォーマンス ダッシュボードは、SSMSで該当のインスタンスを右クリックし、レポート > 標準レポート > パフォーマンス ダッシュボード と進めることで表示することができます。
 
図: パフォーマンス ダッシュボードの状況

CPU使用率について「その他」よりも「SQL」の方が高く、CPUリソースについてはSQL Serverが消費していることが分かりました。

CPUを高騰させているDBプロセスの特定

OSとDB側だと、DB側がCPUを高騰させていることが分かりました。したがって、実際にCPUを高騰させているDBプロセスについて特定することにしました。そのために、以下のSQL文を発行しました。
 
プロセスを確認するSQL

SELECT * FROM sys.sysprocesses ORDER BY kpid;

sys.sysprocessesはSQL Serverで動作しているプロセスの情報を表示する動的管理ビューです。これにより、バックグラウンドプロセスも含めて、プロセスの状態を把握することができます。
 
プロセスを確認するSQLの結果

spid   kpid   blocked waittype waittime             lastwaittype                     waitresource                                                                                                                                                                                                                                                     dbid   uid    cpu         physical_io          memusage    login_time              last_batch              ecid   open_tran status                         program_name                                                                                                                     hostprocess cmd              nt_domain                                                                                                                        nt_username                                                                                                                      net_address  net_library  loginame                                                                                                                         context_info                                                                                                                                                                                                                                                       sql_handle                                 stmt_start  stmt_end    request_id
------ ------ ------- -------- -------------------- -------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------ ------ ----------- -------------------- ----------- ----------------------- ----------------------- ------ --------- ------------------------------ -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ----------- ---------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------ ------------ -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------ ----------- ----------- -----------
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9      3448   0       0x00A5   3479                 SQLTRACE_INCREMENTAL_FLUSH_SLEEP                                                                                                                                                                                                                                                                  1      1      78          0                    0           2019-05-14 12:25:24.363 2019-05-14 12:25:24.363 0      0         background                                                                                                                                                                  TRACE QUEUE TASK                                                                                                                                                                                                                                                                                             rdsa                                                                                                                             0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 0x0000000000000000000000000000000000000000 0           0           0

(54 行処理されました)

※「sid」「hostname」列の情報は消去しています。
 
表: cpu列が高いlastwaittypeおよびそのcmdの抜粋

lastwaittype cpu cmd
SLEEP_TASK 44480656 RESOURCE MONITOR
LAZYWRITER_SLEEP 263734 LAZY WRITER
CHECKPOINT_QUEUE 9468 CHECKPOINT

 
「cpu」列で「SLEEP_TASK」が逸脱した値を記録しています。「cmd」列は「RESOURCE MONITOR」です。これにより、バックグラウンドで動作中のRESOURCE MONITORがCPUを高騰させているのではないかという判断に至りました。
 
なお、「cpu」列は累積のCPU使用時間であるため、必ずしもこの列の値が高いプロセスが、現在もCPU使用率を高騰させているとは限りません。今回は、再起動後、ユーザによる操作がない状態でこの値が逸脱していたため、異常だと判断しました。

RESOURCE MONITORがCPUを使用していることの確認

念のため、最後にRESOURCE MONITORによるCPU使用状況を確かめるスクリプトを実行しました。実行するSQL文はHigh CPU consumed by Resource Monitor due to low virtual memory – CSS SQL Server Engineersに記載されています。
 
RESOURCE MONITORのCPU使用を確認するSQL文

declare @curCPU int, @prevCPU int, @delta int, @msg varchar(max)
set @curCPU =0
set @prevCPU = 0

while 1 = 1
begin

 select @curCPU = SUM(cpu_time)  from sys.dm_exec_requests where command like '%Resource%Monitor%'
 set @delta = @curCPU - @prevCPU
 set @prevCPU = @curCPU
 set @msg = CAST(GETDATE() as varchar(20)) +  ' -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): ' + CAST((@delta / 1000.00) as varchar(max))
 raiserror (@msg, 10, 1) with nowait
 waitfor delay '0:1:0'
end

正常に動作している場合、0、または0に近い値が出ますが、問題が生じている場合、それよりも高い数値が出力されます。なお、初回実行時の値は無視します(2回目以降の値を判定値として用います)。
 
通常のインスタンスでの実行結果

May 17 2019  5:26PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 62.0150000
May 17 2019  5:27PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 0.0000000
May 17 2019  5:28PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 0.0000000
May 17 2019  5:29PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 0.0000000

 
問題が発生しているインスタンスでの実行結果

May 17 2019  4:58PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 49448.7020000
May 17 2019  4:59PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 13.0000000
May 17 2019  5:00PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 12.7030000
May 17 2019  5:01PM -- delta in CPU in sec (wait time 60 sec, ignore first run): 13.9530000

 
表: 実行結果まとめ

計測 通常 異常
1回目 0 13.000
2回目 0 12.703
3回目 0 13.953
平均 0 13.219

 
今回は、問題が発生しているインスタンスは13前後の値を示していることが確認できました。以上のことより、RESOURCE MONITORがCPUを高騰させているという判断になりました。

RESOURCE MONITORがCPUを高騰させる理由

結論としては、メモリの量が少ないと本事象が発生する可能性があります。先ほどCPU使用状況について確認する際に利用したSQLが載っているHigh CPU consumed by Resource Monitor due to low virtual memory – CSS SQL Server Engineersには以下の記載があります。

The root cause is that something like extended procedure, or COM (loaded by sp_OACreate) exhausted virtual address space of SQL SErver. SQL Server then is under a low virtual memory state. This cause Resource Monitor to do extra work.

拡張プロシージャやCOM等がメモリを消費することで、RESOURCE MONITORが余計な処理を実行しなければならない状態となり、結果として、CPUの高騰につながったという形です。
本事象はSQL Server 2008での事象、かつ、フィックスされているとアナウンスされてはいますが、2012/2014/2016/2019でも同様の事象が非公式(コメント欄)で報告されていることも確認できます。

RESOURCE MONITORによるCPU高騰を解決する方法

根本的に事象を解決するための最も確実な方法は、インスタンスクラスを上位のもの(db.t2.small・db.t2.medium)に変更することです。と言いますのも、本事象の根本原因はメモリ不足にあるためです。
 
今回遭遇した事象は、db.t2.mediumに変更することにより恒久的に改善しました。また、AWSサポートからも、本事象はdb.t2.small以上では確認できていないと回答がありました(※あくまで問い合わせ時点でのものです)。
 
元も子もなくコストも増える解決策ですが、仮にインスタンスを再起動、あるいは、再作成し、一時的に事象を回避できたとしても、潜在的なCPU高騰のリスクを抱えたままであることに変わりありません。例えば、インスタンスに対して変更をかけたタイミングで事象が再現する可能性も否定しきれません。そうであれば、根本原因に対処するのが確実です。
 
また、本事象についてはAWS Developer Forums: SQL Server EX: High CPU Usage since 2018-11-19でも活発に議論されていましたが、一時的に事象が改善しても再発するケースの報告も見受けられます。
 
私個人と致しましても、インスタンスクラスの変更により事象が解決したという前例を経験したため、こちらを恒久的な対策として推奨させていただきます。

まとめ

検証目的、あるいは、軽い負荷のみが予測される場合、db.t2.microを利用してSQL Serverを利用することもあるかと存じます。必ず再現するわけではありませんが、RESOURCE MONITORによってCPUが高騰する事象は発生し得ます。
 
基本的にコストを抑えるためにdb.t2.microを利用していることが多いと考えられるため、「インスタンスクラスを上げる」というコストが増加してしまう対策はイマイチとはなってしまいますが、少しでも、どなたかのお役に立てたら幸いです。

 
このブログの著者