資料頁和資料行
資料頁和資料行
資料庫中的空間被劃分為邏輯8KB頁。這些頁以零開始連續編號，並且可以通過指定檔案ID和頁號來引用它們。頁面編號總是連續的，這樣當SQL Server增長資料庫檔案時，從檔案中的最高頁面編號加1開始對新頁面進行編號。類似地，當SQL Server收縮檔案時，它將從檔案中刪除最高數量的頁面。
SQL Server中的資料儲存
一般來說，SQL Server在資料庫中儲存和使用資料有三種不同的方法或技術。對於經典的基於行的儲存，資料儲存在將來自所有列的資料組合在一起的資料行中。
SQL Server 2012引入了CurnSt店索引和基於列的儲存。該技術將資料儲存在每列而不是每行的基礎上。我們將在本書第七部分中討論基於列的儲存。
最後，在SQL Server 2014中引入了一組記憶體技術，並在SQL Server 2016中進行了進一步改進。即使它們為了冗餘的目的將資料儲存在磁碟上，但是它們的儲存格式與基於行和列的儲存都非常不同。我們將在本書第八部分中討論記憶體技術。
本書的這個部分主要關注基於行的儲存和經典的B-Tree索引和堆。
圖1-6顯示了資料頁的結構。
圖1-6.資料頁結構
96位元組的頁頭包含關於頁的各種資訊，例如頁所屬的物件、頁上可用的行數和空閒空間量、如果頁處於索引頁鏈中的話，則連結到前一頁和下一頁，等等。
頁頁首之後是實際資料儲存的區域。其次是自由空間。最後，有一個時隙陣列，它是一個由兩位元組條目組成的塊，指示頁面上相應資料行開始的偏移量。
在陣列中，我定義了資料行的邏輯順序。如果頁面上的資料需要按照索引鍵的順序進行排序，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插槽陣列。插槽0（在圖1-6中最右邊）儲存頁面上具有最低鍵值的資料行的偏移量；插槽1，第二低鍵值；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，這些資料型別可以在邏輯上分為兩個不同的組：固定長度和可變長度。固定長度的資料型別，如int、datetime、char等，總是使用相同數量的儲存空間，而不管它們的值是什麼，即使它是NULL。例如，int列總是使用4個位元組，nchar(10)列總是使用20個位元組來儲存資訊。
相比之下，可變長度資料型別，如varchar、varbinary和其他一些型別，使用儲存資料所需的儲存空間，再加上兩個額外的位元組。例如，nvarchar(4000)列只使用12個位元組來儲存一個五字元字串，在大多數情況下，使用兩個位元組來儲存一個NULL值。我們將在本章後面討論變長列不使用NULL值的儲存空間的情況。
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，其中包含有關行的資訊，例如行型別、該行是否已被邏輯刪除（ghosted）以及該行是否具有NULL值、可變長度列和版本標記。
行中的後兩個位元組用於儲存資料的固定長度部分的長度。其次是固定長度的資料本身。
在固定長度的資料部分之後，有一個空點陣圖，它包括兩個不同的資料元素。第二個是空點陣圖陣列。這個陣列對於表的每一列使用一個位，而不管它是否為空。
空點陣圖總是出現在堆表或叢集索引葉行中的資料行中，即使該表沒有空列。然而，當索引中沒有空列時，空點陣圖既不存在於非葉索引行中，也不存在於非聚集索引的葉級行中。
在空點陣圖之後，是行的可變長度資料部分。它以行中兩位元組數量的可變長度列開始，之後是列偏移陣列。SQL Server為行中的每個可變長度列儲存一個2位元組的偏移值，即使值為NULL。其次是資料的實際可變長度部分。最後，在行的末尾有一個可選的14位元組版本標記。這個標記在需要行版本控制的操作期間使用，例如聯機索引重建、樂觀隔離級別、觸發器以及其他一些操作。
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中。Replicate函式重複作為第一個引數提供的字元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));
dbccind
(
'SQLServerInternals' /*Database Name*/
,'dbo.DataRows' /*Table Name*/
,-1 /*Display information for all pages of all indexes*/
);
沒有文件但眾所周知的DBCC IND命令返回有關表頁分配的資訊。您可以在圖1-8中看到這個命令的輸出。
圖1-8.資料庫輸出
有兩頁屬於該表。第一個頁面，PageType=10，是一種特殊型別的頁面，稱為IAM分配對映。此頁跟蹤屬於特定物件的頁。但是，現在不要關注這一點，因為我們將在本章後面討論分配對映頁面。
■注意，SQL Server 2012引入了另一個未文件化的資料管理函式（DMF），s.dm_db_database_page_.ions，可以用作DBCC IND命令的替換。與DBCC IND相比，該DMF的輸出提供更多的資訊，並且可以與其他系統DMV和/或目錄檢視連線。
具有Page（1）的頁面是包含資料行的實際資料頁。PageFID和PagePID列顯示頁面的實際檔案和頁碼。可以使用另一個未文件化的命令DBCC PAGE檢查它的內容，如清單1-5所示。
清單1-5。資料行格式：DCBC頁面呼叫
-- Redirecting DBCC PAGE output to console
dbcctraceon(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顯示了與第一資料行對應的DBCC PAGE的輸出。SQLServer以位元組交換順序儲存資料。例如，兩個位元組的值0001將被儲存為0100。
清單1-6。第一行的DCBC頁輸出
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.第一資料行
如您所見，行以兩個狀態位開始，後面跟著兩個位元組的值0800。這是位元組交換值0008，這是行中列數屬性的偏移量。此偏移量告訴SQLServer，行的固定長度資料部分結束。
接下來的四個位元組用於儲存固定長度的資料，在本例中是ID列。之後，有兩個位元組的值，表明資料行有4列，後面跟著一個1位元組的NULL點陣圖。只有四列，點陣圖中的一個位元組就足夠了。它儲存的值為04，二進位制格式為00000×100。它指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，為3（以位元組交換的順序是0300）。後面跟著一個偏移陣列，其中每兩個位元組儲存可變長度列資料結束的偏移。可以看到，儘管Col2是NULL，但它仍然使用偏移陣列中的插槽。最後，有來自可變長度列的實際資料。
現在，讓我們看一下第二個資料行。清單1-7顯示了DCBC頁面輸出，圖1-10顯示了行資料。
圖1-10.第二資料行資料
清單1-7.第二行的DCBC頁輸出
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]
第二行中的NULL位圖表示二進位制值00001010，表明Col1和Col3是NULL。即使表有三個可變長度列，行中可變長度列的數量表明偏移陣列中只有兩個列/插槽。SQL Server不維護關於行中尾隨的NULL可變長度列的資訊。
■提示通過建立表，可以減小資料行的大小，其中通常儲存空值的可變長度列被定義為CREATE TABLE語句中的最後一個列。這是CREATE TABLE語句中列順序唯一重要的情況。
固定長度的資料和內部屬性必須符合單個數據頁上可用的8060位元組。如果不是這種情況，SQL Server不允許您建立表。例如，清單1-8中的程式碼會產生錯誤。
清單1-8.建立具有超過8060位元組的資料行大小的表
create table dbo.BadTable
(
Col1 char(4000),
Col2 char(4060)
)
MSG 1701，16級，狀態1，第1行
建立或更改表“BadTable”失敗，因為最小行大小是8067，包括7個位元組的內部開銷。這超過了8060位元組允許的最大表行大小。