在上篇文章 淺談SQL Server內部執行機制 中，與大家分享了SQL Server內部執行機制，通過上次的分享，相信大家已經能解決如下幾個問題：

       1.SQL Server 體系結構由哪幾部分組成？

       2.SQL Server 體系結構各模組之間關係是怎樣的？

       3.SQL Server 體系結構內部執行機制是怎樣的？

       4.簡單的一條SELECT語句，在SQL Server中是如何一步一步執行的？

       然而，僅僅能解決如上幾個問題，是不具有SQL Server資料庫優化能力的，為什麼這麼說，我們先提出如下幾個問題:

       1.為什麼會記憶體溢位？(上篇文章開篇提出的)

       2.為什麼會產生死鎖，閂鎖？

       3.什麼叫執行計劃，如何分析執行計劃？

       4. Index Scan 與Index Seek區別？

     5.什麼叫聚集索引和非聚集索引？

     6.什麼叫堆和B-數？

     7.優化SQL Server，應該建立怎樣的一套優化理念？

     8.SQL Server優化時，常用的檢測工具，優化工具和優化手段都有哪些？

     9.你瞭解這些表與函式嗎？

        Sys.dm_exec_requests，Sys.dm_exec_sql_text，Sys.dm_exec_session，Sys.dm_exec_connections，Sys.dm_exec_query_stats，Sys.dm_exec_query_resource_semaphores

    10.為什麼磁碟臂是I/O的最大開銷？

    11.什麼叫碎片，為什麼會產生碎片？

    12.什麼叫跨域，什麼叫主從同步？

    13.為什麼要分割槽，為什麼要拆表(水平拆分，垂直拆分)？

    ..........

        如上的這些基礎問題，若不能很好地解決，就急忙去研究SQL Server優化，甚至去實戰，是會繞很多彎路的，且學得一知半解。我們就拿索引舉個例子，一張UserInfo(UserName,Address,Sex)有1000萬條資料，

當我們查詢時，非常緩慢，為了提高查詢速度，我們優先想到的是建立索引(其他條件不變情況下，如不增加CPU,不增加記憶體，不改變磁碟等)，有經驗的DBA和資料庫優化高手，是不會選擇Addresss和sex作為索引字

段的，想想為什麼？

       基於如上的種種問題，本篇文章還是繼續從理論角度分析SQL Server的一些基本理論，為後續的SQL Server優化實戰打好良好的功底，至於具體的優化實戰，應該會在第四篇或第五篇文章開始講解(本篇文章

為SQL Server資料庫優化系列第二篇)，本篇文章大致包括如下內容。(當然，本篇文章未必能全部解決如上提出的問題，但在SQL Server理論性問題介紹結束，大家應該知道如何解決，然後再去實戰)

• SQL Server引擎及叢集
• SQL Server資料檔案儲存
• SQL Server table表資料的儲存形式
• Page的基本構成
• 若干基本概念：堆(Heap)、分割槽、B-Tree、行資料溢位、Master-Slave等

 一  SQL Server引擎及叢集

        首先，我們要知道什麼叫做SQL Server伺服器？SQL Server伺服器部署在伺服器端，用來儲存資料的，如系統資料(如系統資料庫master,tempdb等)、使用者資料(如自定義資料庫資料)和日誌資料(如Log Files)等。

一般地，SQL Server為我們提供了客戶端訪問工具SSMS(Microsoft SQL Server Management Studio)，通過該工具，我們能訪問SQL Server伺服器，從而通過客戶端SQL語句，獲取我們想要的資料,SQL Server最為簡

單的模式是：客戶端《=》伺服器模式，即只有一臺SQL Server伺服器，供一個或多個客戶端訪問，這種架構是最為簡單的，也是大部分小公司常用的架構。下圖為三個不同IP的SQL Server客戶端工具SSMS訪問同一個

SQL Server伺服器。

        其次，對於具有一定規模，有一定資料量的公司，單臺SQL Server服務滿足不了業務需求，如系統訪問速度慢(一般使用者能容忍的時間是3秒，時間超過3秒，使用者就感覺不良好)、資料量大(單臺SQL Server伺服器無法支撐)等，

這時，就需要2臺及以上SQL Server伺服器(當然，實際的架構中，不僅僅是SQL Server伺服器之間叢集，還有可能是SQL Server伺服器，Oracle伺服器、MySQL伺服器之間跨伺服器、跨域的叢集)，通過多臺SQL Server伺服器叢集，

形成一個龐大的中央伺服器，來處理高併發，大資料量、訪問速度等效能問題，常見的是一個例子就是讀寫分離，主從同步。

     下圖是在四個IP不同的伺服器上分別部署一臺SQL Server伺服器引擎和每臺伺服器的SQL Server引擎包括的基本內容。

      （一）SQL Server 引擎基本內容

         1.資料庫

         2.安全性

         3.伺服器物件

         4.複製

         5.AlwaysON

         6.管理

         7.Integration Services

      （二）SQL Server引擎之間關係

         1.跨域

          2.跨域資料主從同步

二   SQL Server 資料檔案儲存

        在瞭解SQL Server伺服器基本構成，SQL Server伺服器部署，SQL Server伺服器叢集和客戶端訪問工具SSMS如何訪問SQL Server伺服器後，接下來，我們將目標定位在單個SQL Server伺服器上，研究

SQL Server單個伺服器，通過第一部分，我們知道單個SQL Server伺服器的基本組成，接下來，我們來分析SQL Server伺服器都有哪些檔案，且它們分別以什麼樣的形式儲存，儲存在哪？

       對於SQL Server，資料庫檔案和日誌檔案是其兩大類核心檔案。

           資料檔案主要用來儲存相關資料的，如系統資料庫(master,model,msdb,tempdb)檔案，使用者自定義資料庫檔案，日誌檔案等。

           1.資料庫檔案主要包括兩個核心檔案（.mdf-檔案為主要檔案，.ndf-檔案為次要檔案），當建立資料庫時，系統預設會建立.mdf檔案和.ndf檔案，這兩個檔案是以頁(page)的

     方式儲存的，它們用來儲存一些資料庫物件，如儲存表資料，索引資料，約束等；

           2.日誌檔案(Virtual Log Files，簡稱VLF)，這種檔案不是按照頁的方式儲存的，換句說，他們儲存的大小是不確定的，是任意的。

三  Table表資料的儲存形式

       通過第二部分，我們知道了SQL Server伺服器主要有兩大類資原始檔，即資料庫檔案和日誌檔案，其中，對於使用者或者一般開發人員來說，資料庫檔案應該算是他們最關心的檔案，

然而，資料庫檔案有很多資源物件，如實體表(table)，檢視(View)，索引(Index)，約束(Constraint)等等，面對這麼多資料庫物件，我們該如何研究呢？是全部研究，還是選擇重點研究？當然是選擇重點研究，

我們將選擇使用者或開發人員使用頻率最多的實體表(table)作為研究物件。

       本小節，我們主要討論幾個問題：table是如何儲存的，什麼是分割槽，什麼是堆，什麼是B-樹，以及它們之間的關係是怎樣的？

   （一）實體表的兩種儲存方式

       對於SQL Server中的實體表資料，在SQL Server中的儲存形式表現為堆儲存(Heap)和B樹儲存(B-Tree，B+Tree)。

  （二）Heap

    1.堆，指不含有聚集索引的表，之所以稱為堆，是因為它的資料不按任何順序進行組織，而是按分割槽組對資料進行組織。

    2.在堆中，用於儲存資料之間關係的唯一索引結構是索引分配對映(IAM,Index Allocation Map)的點陣圖，對於混合區(mixed extent)分配的前8個頁，這個點陣圖中有指向這些頁的指標，

它還包括一個大點陣圖(每個位代表檔案中的4G範圍內的一個區)。

    3.堆不是按照特定順序來維護的，所以新增加到列表中的行可以儲存到任何資料頁上。SQL Server使用頁可用空間頁(PFS,Page Free Space)的點陣圖來跟蹤資料頁中的可用空間，以

便可以快速地找到有足夠空間能夠容納新行的頁面，如果這樣的頁面不存在，則分配一個新頁面，對於長度可變的列進行更新時，行的大小就會擴充套件，頁可能會因為沒有空間而無法容納

新增加的行，此時，SQL Server 會把擴充套件後的行移動到具有足夠空間的頁上，而在原來的位置上保留一個所謂的正向指標(forwarding pointer),，通過它指向行的新位置。

   （三）區

      區是由8個物理連續的頁組成的單元。當表或索引需要更多的空間以儲存資料時，SQL Server為物件分配一個完整的區。

      1.對於包含少量資料的物件，當物件不足64KB時，SQL Server通常只分配一個單獨的頁，而不是整個區

      2.區按儲存是否為同一物件，可分為混合區(區8個連續的頁儲存不同物件)和非混合區(區8個連續的頁儲存相同的物件)

      3.當刪除(delete)或清空(Truncate)表時，將會釋放區

      4.一些讀操作，如大型表或索引掃描的預讀(read-ahead)，可以在區級別，或更高的快級別讀取資料

      5.I/O操作最大的開銷是磁碟臂的移動，而真正的磁碟讀寫操作開銷要小得多，因此，讀取一個頁和讀取一個區所用得時間幾乎一樣

  （四）B Tree

      B樹是一種儲存結構，如B+Tree,B-Tree，其中，B-Tree是我們重點關心的，B-Tree是一種平衡樹，主要用來儲存聚集索引相關資料的，在這裡不重點論述，只要知道有這麼個概念即可，

在索引(Index)章節，我會重點論述。

   （五）行資料、溢位資料和其他資料

       詳見本篇博文第四部分。

 四   頁的基本構成

     通過前面幾節介紹，我們知道，頁是儲存的最小單位(其實，頁也是IO的最小單位，每次從磁碟DB中讀取資料到緩衝池，都是以頁為單位讀取的)，那麼SQL Server中的Page又是什麼呢？它

的基本結構又是怎樣的呢？下圖為SQL Server中，一個Page的基本構成。

     （一）頁描述

       頁是SQL Server儲存資料的基本單位，大小為8KB,它可以包含表或索引資料、分配點陣圖、可用空間資訊等。在SQL Server中，頁是資料儲存的最小單位，也是資料讀取的最小IO。

   （二）頁的基本構成

      SQL Server Page主要由四部分構成，頁頭(Page Header)，資料行(Data Row)，空閒區(Free)和偏移量(Offset)。

      1.頁是資料儲存的最小單位，頁是資料讀取的最小IO;

      2.一個頁的大小為8KB，其中頁頭佔據96B(96個位元組)，頁尾維護的行指標佔據2B(2個位元組)，還有其他保留欄位以備後用。

      3.SQL Server 2005後，為了滿足VARCHAR,NVARCHAR,VARBINARY，SQL_VARIANT和CLR使用者定義型別，放寬了對行大小的限制，這個技術就叫做行溢位資料。

      4.行溢位資料，指當行超過8060位元組時，這些型別的值將被移動到一個成為行溢位分配單元中的頁中，而在原始頁上保留一個24位元組的指標，指向行外的資料，如此，行就

可以跨多個頁，但行內資料任然在8060位元組限制內。如果型別值在8000位元組以內，它們的值將被移動到行溢位頁中；如果超過8000位元組，這些值在內部將被儲存為一個大型別

物件，而在原始行上維護一個16位元組的指標，指向該大型物件值。

五  參考文獻

 【01】《SQL Server 2012 深入解析與效能優化 第3版》Christian Bolton,Justin Langford,Glenn Berry,Gavin Payne,Amit Banerjee,Rob Farley著

 【02】《SQL Server 2008查詢效能優化》Grant Fritchey，Sajal Dam著

 【03】《Microsoft SQL Server 2008 技術內幕:T-SQL查詢》ltzik Ben-Gran，Lubor Kollar，Dejan Sarka，Steve Kass著

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