SQL Server數據行的物理空間分配

SQL Server數據行的物理空間分配

1、頁（page）

一、基本概念

　　頁是SQL Server存儲數據的基本單位，每一頁爲8KB（8192字節）。頁是SQL Server能夠讀寫的最小I/O單位，即便只訪問一行，SQL Server也要讀取整個頁。

　　SQL Server有如下8種類型的頁

（1）數據頁：是保存除text/ntext/p_w_picpath類型外的數據行

（2）索引頁：保存索引信息

（3）頁面可用空間（PFS：Page Free Space）頁：保存可用頁空間信息，Page ID=1 。

（4）文本/圖像頁：保存text/ntext/p_w_picpath類型的數據

（5）全局分配映射（GAM）頁：保存已經分配的盤區信息，Page ID=2 。SGAM，Page ID=3 。

（6）索引分配映射頁（IAM）：保存一個表或索引使用的盤區信息

（7）批量修改映射（BCM：Bulk Changed Map）頁：保存在上次backup   log時執行批量操做所修改的盤區信息，Page ID=7 。

（8）差量修改映射（DCM：Differential Changed Map）頁：保存上次backup database差別備份時所修改的盤區信息，Page ID=6 。

二、數據頁

（1）標頭（Header）

　　每個數據頁都包含一個96字節的標頭，SQL Server 2005使用了64字節，其它32字節做爲保留。標頭包含的信息以下（摘自《深刻解析SQL Server 2008》）

（2）數據行（data row）

　　數據行緊跟在標頭以後，數據行的最大長度是8060字節。 因爲數據庫不能「跨頁」，所以單行數據最多8060字節，但對於可變長對象與LOB對象有特殊的處理方法從而能夠「跨頁」。

　　注意：每一行的數據內容最多不能超過8053，由於SQL Server還須要對每一行的數據最少附加7字節的系統數據。

（3）行偏移矩陣（row offsets）

　　頁的末尾是行偏移矩陣，又譯爲行偏移數組，或行指針，它最少佔用36字節。

　　每一數據行都對應一個條目塊（Entity Block），每一個條目塊由2個字節構成，記錄該數據行的第一個字節與頁首的距離。行偏移矩陣中的條目順序與數據行的順序相反，並且只表示了頁中數據行的邏輯順序。注意：行的物理位置能夠是頁面上的任意位置。若是是彙集表，行偏移矩陣的slot0引用匯集索引鍵順序中的第一行，slot1引用第二行，依此類推。

　　行偏移矩陣最少爲36字節，所以默認最多隻能夠記錄18個數據行。當數據行超過18行時，系統將動態調整數據行佔用的字節數與行偏移矩陣佔用的字節數，注意：數據行與行偏移矩陣總共是8096字節。

三、行數據存儲結構

（1） 數據行的限制

　　在舊版本的SQL Server中，行不能跨頁，並且被限制爲8060字節（Text、Image類型的LOB除外），還要考慮留有足夠的空間存儲行偏移矩陣的條目塊。

（2）行溢出數據（row-overflow data）

　　SQL Server 2005新行性，對於含有VarChar（舊版本爲text）、NVarchar（舊版本爲ntext）、VarBinary（舊版本爲p_w_picpath）、SQL_Variant、CLR用戶定義類型的數據行，能夠超過這一限制。當行超過8060字節時，這些類型的值將被移動到一個「行溢出分配單元」的頁中，而在原始頁中保留一個24字節的指針，指向行外的數據。這樣，行能夠跨頁，但行內數據仍然被限制爲8060字節。

　　當這些數據的大小不超過8000字節時，它們的值將被移動到行溢出頁中。若是數據的大小超過了8000字節，這些值將被內部處理爲一個LOB（large object），而在原始行上維護一個16字節的指針，指向該LOB。

四、行數據的存儲類型

　　SQL Server有3種存儲類型：

（1）行內數據（IN_ROW_DATA）的頁面

（2）行溢出數據（ROW_OVERFLOW_DATA）的頁面

（3）LOB數據（LOB_DATA）的頁面

2、區（Extend）

一、基本概念

　　區，也譯爲擴展，或盤區，是8個物理上連續的頁組成的單元，即64KB的空間，用於存儲表和索引。 SQL Server 2008有兩種類型的區：

（1）統一區。由單個對象擁有，只有該對象可使用該區中的8個頁面。當表或索引須要更多的空間以存儲數據時，SQL Server爲對象分配一個完整的區。

（2）混合區。每一個頁面可由一個對象擁有，所以一個混合區最多可由8個對象擁有。對於包含少許數據的對象且不足64KB時，當它須要更多空間時，SQL Server一般只分配一個單獨的頁，而不是整個區。這個頁能夠位於一個混合區內。

　　因爲I/O負載多數消耗在磁盤尋址方面，所以讀取一個連續8個頁面的區，與讀取一個頁，所用的時間幾乎同樣多。SQL Server對一些大型表或索引的掃描，能夠在區級別上讀取數據。

二、區的分配記錄

　　SQL Server用兩種特殊的頁面記錄已經分配了哪些區，以及區能夠用於哪些類型（混合或統一）。

（1）全局分配映射（GAM）頁面

　　記錄了能夠分配給任何用途的區。GAM對它所涵蓋的每一個區都有一個位（bit），以0表示正在使用中，以1表示可用。每一個GAM頁面，除去頭文件等，有8000字節（64000位）可用。所以每一個GAM頁能夠涵蓋64000個區，即4GB。

　　GAM老是任何數據庫文件的第3個頁面（Page ID=2），這個頁面以後，每511230個頁面就會有一個GAM頁面。

（2）共享全局分配映射（SGAM）頁面

　　記錄了用做混合區的區，而且這些區中至少有一個未使用的頁。結構與GAM相似，每一個區都有一個位，以1表示是混合區而且可用，以0表示沒有用做混合區或頁面都已被使用。對於這個區，GAM對應的位的值老是爲0。每一個SGAM頁能夠涵蓋64000個區，即4GB。

　　SGAM老是任何數據庫文件的第4個頁面（Page ID=3），這個頁面以後，每511230個頁面就會有一個SGAM頁面。

　　當對錶進行Drop或Truncate時，將釋放整個區（將GAM位設置爲1，將SGAM位設置爲0），這樣會使日誌記錄最小。

三、分配新的區

　　若是SQL Server須要找到新的、徹底未使用的區，它能夠從GAM頁中找到值爲1的位。

　　若是SQL Server須要找到包含可用空間的混合區（有一個或多個可用的頁面），則它在SGAM中尋找值爲1 的位。若是沒有找到具備可用的頁的混合區，SQL Server會使用GAM頁找到一個全新的區，將它分配爲混合區，而後使用其中一個頁。若是根本沒有可用的區，說明文件已經滿了。

三、索引分配映射（IAM）

　　IAM頁面記錄表或索引使用的區，它包括3種分配單元（即：行數據的3種存儲類型）之一的頁面。單個IAM頁面只包括單個文件的4GB的區的分配信息，若是表或索引的分區使用了多個文件，就會有多個IAM頁面。 例如：具備3種存儲類型（行中存儲、行溢出和LOB）的4個分區，每一個分區都有2個小於4GB文件，那麼將有24個IAM頁面。若是數據庫文件超過4GB，就會有額外的IAM。

　　每一個IAM是按對象的須要進行分配的，且在數據庫文件中隨意放置。每一個IAM頁面都包含一個指針，指向鏈中的下一個IAM頁面。

4、PFS

　　頁可用空間（PFS）頁面記錄每頁的分配狀態，將區分配給對象後，數據庫引擎 將使用PFS頁來記錄區中的哪些頁已分配或哪些頁可用。PFS 對每頁都有一個字節，記錄該頁是否已分配。若是已分配，則記錄該頁是爲空、已滿 1% 到 50%、已滿 51% 到 80%、已滿 81% 到 95% 仍是已滿 96% 到 100%。

5、DCM與BCM

　　DCM（差分更改映射）和BCM（批量更改映射）頁面與GAM和SGAM頁面相似，其中有一個位對應於它們所表明的數據庫文件中的每一個區。它們以固定間隔出現，每隔511230頁出現一次。