章節1：資料儲存內部構件

資料頁和資料行

    資料庫中的空間被劃分為有邏輯結構的頁面，每頁8KB。這些頁面從0開始連續編號，可以通過指定檔案ID和頁碼來引用它們。頁面編號總是連續的，這樣當SQL Server資料庫檔案增多時，新頁面的編號將從檔案中最高的頁碼加1開始。類似地，當SQL Server壓縮檔案時，它會從檔案中刪除數量最多的頁面。

    一般來說，SQL Server儲存和處理資料庫中的資料有三種不同的方式或技術。使用傳統的方式基於行儲存，資料儲存在資料行中，這些資料行將來自所有列的資料組合在一起。

SQL Server 2012引入了

最後，SQL Server 2014中引入了記憶體技術，SQL Server 2016中進一步改進了記憶體技術。儘管出於冗餘目的，它們將資料儲存在磁碟上，但它們的儲存格式與基於行和基於列的儲存都有很大不同。我們將在本書的第8部分中討論記憶體技術。本書的這一部分主要討論基於行的儲存和經典的樹索引和堆。

圖1-6顯示了資料頁的結構

圖1-6資料頁結構

    一個96位元組的頁首包含資訊頁面的各個部分,如物件頁面所屬的行數和可用空閒空間頁面,連結到前一個和後一個頁面

    頁首後面是實際資料儲存的區域。然後是自由空間。最後，還有一個槽陣列，它是一個由兩個位元組的條目組成的塊，指示相應的資料行從該頁開始的偏移量。

    槽陣列表示頁面上資料行的邏輯順序。如果頁面上的資料需要按照索引鍵的順序排序，SQL Server不會對頁面上的資料行進行物理排序，而是根據索引排序順序填充槽陣列。槽0(圖1-6最右邊)儲存頁上鍵值最低的資料行的偏移量;槽1，第二低的鍵值;等等。我們將在下一章更深入地討論索引。

        SQL Server提供了一組豐富的系統資料型別，可以在邏輯上分為兩組

    相反，可變長度的資料型別，如varchar、varbinary和其他一些型別，使用的儲存空間與儲存資料所需的空間一樣多，外加兩個位元組。例如，nvarchar(4000)列僅使用12位元組儲存5個字元的字串，在大多數情況下，使用2位元組儲存NULL值。我們將在本章後面討論變長列不為NULL值使用儲存空間的情況。

    讓我們看看資料行的結構，如圖1-7所示。

圖1 - 7.資料行結構

    行的前兩個位元組，稱為狀態位A和狀態位B，是點陣圖，其中包含關於行的資訊，比如行型別，如果行已經被邏輯地刪除(重定向)，如果行有NULL值、可變長度列和版本控制標記。

    行中接下來的兩個位元組用於儲存資料的固定長度部分的長度，接著固定長度的資料本身。

    在固定長度的資料部分之後，有一個null點陣圖，它包含兩個不同的資料元素。第一個雙位元組元素是行中的列數。第二個是空點陣圖陣列。這個陣列對錶的每一列使用一位，不管它是否為空。

    空點陣圖總是出現在堆表或聚集索引葉行的資料行中，即使在表沒有可空列。但是，空點陣圖不存在於非葉索引行中，也不存在於當索引中沒有可空列時，非聚集索引的葉級行。

    在null點陣圖之後，是行中可變長度的資料部分。它從一個2位元組開始行中可變長度的列數，然後是列偏移量陣列。SQL Server為行中每個變長列儲存一個2個位元組的偏移量值，即使該值為NULL。其次資料的實際可變長度部分。最後，最後還有一個可選的14位元組版本控制標記的行。此標記用於需要行版本控制的操作，例如線上索引重建，樂觀隔離級別、觸發器等。

□注意  我們將在第6章討論索引維護，在第9章討論觸發器，在第21章討論樂觀隔離級別。

 讓我們建立一個表，用一些資料填充它，並檢視實際的行資料。程式碼顯示在清單1 - 4。複製函式將第一個引數提供的字元重複10次。

清單1 - 4.資料行格式:表建立

create table dbo.DataRows

(

 ID int not null,

 Col1 varchar(255) null,

 Col2 varchar(255) null,

 Col3 varchar(255) null

)

insert into dbo.DataRows(ID, Col1, Col3) values (1,replicate('a',10),replicate('c',10));

insert into dbo.DataRows(ID, Col2) values (2,replicate('b',10));

dbcc ind

(

 'SQLServerInternals' /*Database Name*/

 ,'dbo.DataRows' /*Table Name*/

 ,-1 /*Display information for all pages of all indexes*/

);

一個未文件化但眾所周知的DBCC IND命令返回關於表頁面分配的資訊。你可以在圖1-8中看到該命令的輸出。

圖1 - 8.DBCC IND輸出

    有兩頁是屬於這個表的。第一個頁面型別=10，是一種特殊型別的頁面，稱為IAM分配對映。這個頁面跟蹤屬於特定物件的頁面。但是，現在不要專注於此，因為我們將在本章後面討論分配對映頁面。

□注意  dm_db_database_page_assignments可以用作DBCC IND命令的替代。與DBCC IND相比，此DMF的輸出提供了更多資訊，並且可以與其他系統dmv和/或目錄檢視連線。

PageType=1的頁面是包含資料行的實際資料頁。PageFID和PagePID列顯示了頁面的實際檔案和頁碼。您可以使用另一個未文件化的命令DBCC PAGE來檢查其內容，如清單1-5所示。

清單1 - 5.資料行格式:DBCC頁呼叫

——將DBCC頁面輸出重定向到控制檯

dbcc traceon(3604);

dbcc page

(

 'SqlServerInternals' /*Database Name*/

 ,1 /*File ID*/

 ,214643 /*Page ID*/

 ,3 /*Output mode: 3 - display page header and row details */

);

清單1-6顯示了對應於第一行資料的DBCC頁面的輸出。SQL Server以位元組交換的順序儲存資料。例如，兩個位元組的值0001將儲存為0100。

清單1 - 6.第一行的DBCC頁面輸出

Slot 0 Offset 0x60 Length 39

Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS

Record Size = 39

Memory Dump @0x000000000EABA060

0000000000000000: 30000800 01000000 04000403 001d001d 00270061 0................'.a

0000000000000014: 61616161 61616161 61636363 63636363 636363 aaaaaaaaacccccccccc

Slot 0 Column 1 Offset 0x4 Length 4 Length (physical) 4

ID = 1

Slot 0 Column 2 Offset 0x13 Length 10 Length (physical) 10

Col1 = aaaaaaaaaa

Slot 0 Column 3 Offset 0x0 Length 0 Length (physical) 0

Col2 = [NULL]

Slot 0 Column 4 Offset 0x1d Length 10 Length (physical) 10

Col3 = cccccccccc

讓我們更詳細地檢視資料行，如圖1-9所示。

圖1 - 9.第一個資料行

    正如你所看到的，行以兩個狀態位開始，然後是兩個位元組的值0800。這是位元組交換值0008，它是行中列數屬性的偏移量。這個偏移量告訴SQL Server行中固定長度的資料部分在哪裡結束。

    接下來的4個位元組用於儲存固定長度的資料，在我們的示例中是ID列。然後是兩個位元組的值，該值顯示資料行有四列，然後是一個一個位元組的空點陣圖。如果只有四列，點陣圖中的一個位元組就足夠了。它以二進位制格式儲存04的值，即00000100。它表示行中的第三列包含空值。

    接下來的兩個位元組儲存行中可變長度列的數量，即3(位元組順序為0300)。它後面是一個偏移量陣列，其中每兩個位元組儲存變數列資料結束的偏移量。如你所見，即使Col2為NULL，它仍然使用偏移陣列中的插槽。最後，還有來自可變長度列的實際資料。

    現在，讓我們看看第二個資料行。清單1-7顯示DBCC頁面輸出，圖1-10顯示行資料。

圖1 - 10.第二資料行資料

清單1 - 7.DBCC頁輸出為第二行

Slot 1 Offset 0x87 Length 27

Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS

Record Size = 27

Memory Dump @0x000000000EABA087

0000000000000000: 30000800 02000000 04000a02 0011001b 00626262 0................bbb

0000000000000014: 62626262 626262 bbbbbbb

Slot 1 Column 1 Offset 0x4 Length 4 Length (physical) 4

ID = 2

Slot 1 Column 2 Offset 0x0 Length 0 Length (physical) 0

Col1 = [NULL]

Slot 1 Column 3 Offset 0x11 Length 10 Length (physical) 10

Col2 = bbbbbbbbbb

Slot 1 Column 4 Offset 0x0 Length 0 Length (physical) 0

Col3 = [NULL]

       <br>第二行中的NULL位圖表示二進位制值00001010，表示Col1和<br><div class="br-height"></div>Col3是NULL。即使表有三個可變長列，行中可變長列的數量表明偏移陣列中只有兩列/槽。SQL Server不維護行中尾隨的空變長列的資訊。

□建議 你可以通過建立表來減少資料行的大小，方法是將通常儲存null值的變長列定義為CREATE TABLE語句中的最後一列。這是CREATE TABLE語句中列的順序惟一重要的情況。

  <br>固定長度的資料和內部屬性必須適合單個數據頁上可用的8060位元組。<br><div class="br-height"></div>如果不是這樣，SQL Server不允許你建立表。例如，清單1-8中的程式碼產生了一個錯誤。

清單1 - 8.建立資料行大小超過8060位元組的表

create table dbo.BadTable

(

 Col1 char(4000),

 Col2 char(4060)

)

Msg 1701, Level 16, State 1, Line 1

<br>建立或更改表“BadTable”失敗，因為最小行大小為8067，包括7位元組的內部開銷。這超過了錶行大小的最大允許值<br><div class="br-height"></div>8060位元組。

本翻譯節選《Pro SQL Server Internals, 2nd edition》中的一小節，原文可自行查詢瀏覽。