《Pro SQL Server Internals, 2nd edition》节选翻译

最新推荐文章于 2019-05-16 13:26:36 发布

翻译最新推荐文章于 2019-05-16 13:26:36 发布 · 272 阅读

数据库翻译专栏收录该内容

21 篇文章

订阅专栏

本文是《Pro SQL Server Internals, 2nd edition》节选翻译，原书下载地址：https://rejoice.ctfile.com/fs/1475340-230064586

数据页面和数据行

数据库中的空间分为逻辑8KB页面。这些页面从零开始连续编号，可以通过指定文件ID和页码来引用它们。页面编号始终是连续的，这样当SQL Server增长数据库文件时，新页面将从文件中的最高页码加1开始编号。同样，当SQL Server收缩文件时，它会从文件中删除编号最大的页面。

SQL SERVER中的数据存储

一般而言，SQL Server存储和处理数据库中的数据有三种不同的方式或技术。使用经典的基于行的存储，数据存储在数据行中，这些数据行将来自所有列的数据组合在一起。

SQL Server 2012引入了列存储索引和基于列的存储。该技术以每列而不是每行存储数据。我们将在本书的第七部分中介绍基于列的存储。

最后，SQL Server 2014中引入了一组内存技术，并在SQL Server 2016中得到了进一步改进。尽管它们将数据保留在磁盘上以实现冗余，但它们的存储格式与基于行和列的存储格式大不相同存储。我们将在本书的第八部分讨论内存中的技术。

本书的这一部分主要关注基于行的存储和经典的B-Tree索引和堆。

图1-6显示了数据页面的结构。

图1-6. 数据页面结构

一个96字节的页眉包含有关页面的各种信息，例如页面所属的对象，页面上可用的行数和可用空间量，如果页面是页面，则指向上一页和下一页的链接在索引页链中，依此类推。

页眉之后是存储实际数据的区域。接下来是自由空间。最后，有一个插槽数组，它是一个双字节条目块，指示相应数据行在页面上开始的偏移量。

插槽数组指示页面上数据行的逻辑顺序。如果页面上的数据需要按索引键的顺序排序，则SQL Server不会对页面上的数据行进行物理排序，而是根据索引排序顺序填充插槽数组。插槽0（图1-6中最右侧）存储页面上具有最低键值的数据行的偏移量; 插槽1，第二低键值; 等等。我们将在下一章更深入地讨论索引。

SQL Server提供了一组丰富的系统数据类型，可以在逻辑上分为两个不同的组：固定长度和可变长度。固定长度数据类型（如int，datetime，char等）始终使用相同数量的存储空间，无论其值如何，即使它为NULL也是如此。例如，int列始终使用4个字节，而nchar（10）列始终使用20个字节来存储信息。

相反，可变长度数据类型（例如varchar，varbinary和其他一些数据类型）使用存储数据所需的存储空间，加上两个额外字节。例如，nvarchar（4000）列将仅使用12个字节来存储五个字符的字符串，在大多数情况下，使用两个字节来存储NULL值。我们将在本章后面讨论可变长度列不使用存储空间作为NULL值的情况。

让我们看一下数据行的结构，如图1-7所示。

图1-7. 数据行结构

该行的前两个字节，称为状态位A和状态位B，是包含有关该行的信息的位图，例如行类型，如果该行已被逻辑删除（幻影），并且该行具有NULL值，可变长度列和版本控制标记。

行中的后两个字节用于存储数据的固定长度部分的长度。它们后面是固定长度的数据本身。

在固定长度数据部分之后，存在空位图，其包括两个不同的数据元素。第一个双字节元素是行中的列数。第二个是空位图数组。该数组对表的每一列使用一位，无论它是否可为空。

即使表没有可空列，也会在堆表或聚簇索引叶行中的数据行中始终显示空位图。但是，当索引中没有可为空的列时，空位图不存在于非叶索引行中，也不存在于非聚簇索引的叶级行中。

在空位图之后，存在该行的可变长度数据部分。它从行中的两个字节数量的可变长度列开始，后跟列偏移数组。SQL Server为行中的每个可变长度列存储两个偏移量值，即使该值为NULL也是如此。接下来是数据的实际可变长度部分。最后，在行的末尾有一个可选的14字节版本控制标记。此标记用于需要行版本控制的操作，例如联机索引重建，乐观隔离级别，触发器和其他一些操作。

注意我们将在第6章讨论索引维护，第9章讨论触发器，第21章讨论乐观隔离级别。

让我们创建一个表，用一些数据填充它，然后查看实际的行数据。代码如清单1-4所示。复制功能重复十次作为第一个参数提供的字符。

清单1-4. 数据行格式：表创建

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*/

);

未记录但着名的DBCC IND命令返回有关表页分配的信息。您可以在图1-8中看到此命令的输出。

图1-8. DBCC IND输出

有两个属于该表的页面。第一个，PageType = 10，是一种特殊类型的页面，称为IAM分配映射。此页面跟踪属于特定对象的页面。但是，现在不要关注它，因为我们将在本章后面介绍分配映射页面。

注意 SQL Server 2012引入了另一个未记录的数据管理功能（DMF）sys.dm_db_ database_page_allocations，可用作DBCC IND命令的替代。与DBCC IND相比，此DMF的输出提供了更多信息，并且可以与其他系统DMV和/或目录视图结合使用。

PageType = 1的页面是包含数据行的实际数据页面。 PageFID和 PagePID列显示页面的实际文件和页码。您可以使用另一个未记录的命令DBCC PAGE来检查其内容，如清单1-5所示。

清单1-5. 数据行格式：DBCC PAGE调用

----将DBCC PAGE输出重定向到控制台

dbcc traceon(3604);

dbcc page

(

'SqlServerInternals' /*Database Name*/

,1 /*File ID*/

,214643 /*Page ID*/

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

);

清单1-6 显示了与第一个数据行对应的DBCC PAGE的输出。SQL Server以字节交换顺序存储数据。例如，两字节值0001将存储为0100。

清单1-6. 第一行的DBCC PAGE输出

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

让我们更详细地看一下数据行，如图1-9所示。