SQLSERVER數據存儲內幕

  SQLSERVER數據庫中數據如何存儲是SQLSERVER數據庫核心的知識,同時網絡上相關的參考資料也比較少!近段時間通過學習相關知識，將自己對SQLSERVER數據庫在數據存儲方面的理解整理下來，一方面希望能加深自己的印象，另一方面也希望能給其他的朋友提供相關的參考!

一：存儲文件類型
   　SQLSERVER有兩種數據存儲文件，分別是數據文件和日誌文件。
　　其中：數據文件是以8K(＝8192Byte)的頁面(Page)作爲存儲單元的。
　　而日誌文件是以日誌記錄作爲存儲單元。

　　本文只討論數據文件的存儲方式，不涉及到日誌文件存儲方式。

數據文件以頁面做爲存儲單元存儲數據，要理解數據文件的存儲方式，必須瞭解SQLSERVER中定義的頁面類型種類。

二：頁面類型
   SQLSERVER中頁面類型有8種,具體每種類型的詳細說明，見下圖：
  

用戶的數據一般存放在數據頁面中,由上圖可以看出,數據頁包含數據行中除 text、ntext 和 p_w_picpath 數據外的所有數據，text、ntext 和 p_w_picpath 數據存儲在單獨的頁中。那麼在一個數據頁面中,數據是如何存放,SQLSERVER又是根據什麼來定位頁面與頁面上的數據呢。要回答這個問題,有必要先了解數據頁面的具體結構。

 

三：數據頁面結構

   在數據頁上，數據行緊接着頁首按順序放置。在頁尾有一個行偏移表。在行偏移表中，頁上的每一行都有一個條目，每個條目記錄那一行的第一個字節與頁首的距離。行偏移表中的條目序列與頁中行的序列相反。數據頁面結構如下圖所示，下面將詳細解釋

其中：數據頁面頁首：96個字節，保存着頁面的系統信息，如頁的類型、頁的可用空間量、擁有頁的對象的對象 ID 以及該頁面所屬於哪個物理文件。
          數據區：對應於上圖中所有數據行的總區域，存放真正的數據，是以Slot爲單位。一個Slot就是對應於一條數據記錄行，從0開始編號,以16進制反序保存,Slot0,  Slot1....。
         行偏移數組：用於記錄該數據頁面中每個Slot在數據頁面所處的相對位置，便於定位和檢索每個Slot在數據頁面中的位置，數組中每個記錄佔兩個字節。

 

四：存儲分配單位：盤區(擴展 Extend)
     雖然SQLSERVER中數據文件存儲單位是頁面(Page),但實際SQLSERVE並不是爲頁面爲單位給數據分配空間，SQLSERVER默認的存儲分配單位是盤區。這樣做的主要原因是爲了提高性能。爲了避免頻繁的讀寫IO，在表或其它對象分配存儲空間，不是直接分配一個8K的頁面，而是以一個盤區(Extend)爲存儲分配單位，一個盤區爲8個頁面(=8＊8K＝64K)。

但是這樣做雖然減少了頻繁的IO讀寫，提高的數據庫性能，但卻導致出一個新問題，那就是在存儲那些只有少量數據，不足8K的對象，如果也是分配給一個盤區，就會存在存儲空間上的浪費，降低了空間分配效率。

爲解決上述問題，SQLSERVER提供了一種解決方案，定義了兩種盤區類型,統一盤區和混合盤區。
      其中:統一盤區只能存放同一個對象，該對象擁有這個盤區的所有頁面　　      
           混合盤區：由多個對象共同擁有該盤區。
      在實際爲對象分配存儲盤區時，爲了提高空間利用率，默認的情況下，如果一個對象一開始大小小於8個頁面，就儘量放在混合盤區中，如果該對象大小增加到8個頁面後，SQLSERVER會爲這個對象重新分配一個統一盤區。

爲了能夠通過上述策略來實現爲對象分配存儲盤區，SQLSERVER提供了GAM/SGAM機制來管理和維護數據文件的盤區信息。

其中：

• 全局分配映射表 (GAM)

GAM 頁記錄已分配的盤區,包括統一盤區和混合盤區。每個GAM 包含 64,000 個盤區，將近 4 GB 的數據。GAM 對所涵蓋區間內的每個盤區都有一位。如果這個位是 1，則盤區未分配(可用)；如果這個位是 0，則盤區已分配。

• 共享全局分配映射表 (SGAM)

SGAM 頁只記錄混合盤區，這些盤區當前用作混合盤區而且至少有一個未使用的頁。每個 SGAM 包含 64,000 個擴展盤區，將近 4 GB 的數據。SGAM 對所涵蓋區間內的每個擴展盤區都有一位。如果這個位是 1，則該擴展盤區就用作混合擴展盤區且有可用的頁；如果這個位是 0，則該擴展盤區不用作混合擴展盤區，或者雖然用作混合擴展盤區但其所有頁都正在使用中。

 

根據擴展盤區的當前使用情況，每個擴展盤區在 GAM 和 SGAM 中有以下位模式設置。

          

     

      通過這樣的策略簡化了盤區管理算法。若要分配統一盤區，SQL Server 在 GAM 中搜索是 1 的位，然後將它設成 0。若要查找有可用頁的混合盤區，SQL Server 在 SGAM 中搜索是 1 的位。若要分配混合盤區，SQL Server 在 GAM 中搜索是 1 的位，並將它設置爲 0，然後將 SGAM 中相應的位也設置爲 1。若要釋放盤區，SQL Server 應確保 GAM 位設置爲 1 而且 SGAM 位設置爲 0。SQL Server 內部實際使用的算法比這裏敘述的算法要複雜（SQL Server 在數據庫中均勻分佈數據），,但道理大致如此。

 

 

五：查看實際的數據頁面信息

  數據存儲相關的知識大致如上所述，理論性較強，但我們可以通過未公開的DBCC命令，直接查看某個數據頁面的內容，得到直觀上的數據存儲信息。
     具體是通過使用DBCC命令：DBCC PAGE.
     簡單的使用例子如下：
   //查看數據頁面的內容的方法
    －－打開查看數據頁面的開關
    dbcc traceon(3604) //打開跟蹤標記
    dbcc Page(northwind,1,100,1) //打開northwind數據庫，第101個頁面的信息

 

至於如何通過DBCC　PAGE命令查看某個頁面信息，以及頁面信息如何查看，請參考以下鏈接：

[url]http://boyi55.blog.51cto.com/4345/26959[/url]