SQL Server 存储(3/8)：理解GAM和SGAM页

我们知道SQL Server在8K 的页里存储数据。分区就是物理上连续的8个页。当我们创建一个数据库，数据文件会被逻辑分为页和区，当用户对象创建时，页会分配给它用来存储数据。GAM（Global Allocation Map）和SGAM（Shared Global Allocation Map）页用来跟踪SQL Server里空间分配情况。这里我们会一起讨论下SQL Server的空间分配，还有GAM和SGAM怎么帮助我们分配空间。

在SQL Server里有2类区：

统一区（Uniform Extent） ：区属于一个用户对象。这些区的所有8页归一个对象所有。

混合区（Mixed Extent） ：区属于各个用户对象。即区里的每个页都可以属于不同用户对象。

为了更好的管理空间分配，如果一个表或索引大小小于8页（即64k），SQL Server会分配混合区的页，而不是统一区的页。

我们在SQL Server里验证下。

新建一个表（这个表刚好一条记录一个页面），并插入26条记录，并通过DBCC IND查看这个表的相关页面：

USE InternalStorageFormat
GO

IF EXISTS ( SELECT  *
            FROM    sysobjects
            WHERE   id = OBJECT_ID(N'[dbo].[TestSpaceAllocation]')
                    AND OBJECTPROPERTY(id, N'IsUserTable') = 1 )
    DROP TABLE dbo.TestSpaceAllocation

CREATE TABLE TestSpaceAllocation(
   Name CHAR(8000)
)
GO

INSERT INTO TestSpaceAllocation VALUES('Woody')
GO 26

DBCC IND('InternalStorageFormat','TestSpaceAllocation',1) 

从上图我们可以清楚的看到，绿色区域的第一个8页不属于同个区（混合区），因为页面号不连续，207与94752之间有缺口。接下来蓝色和红色区域是属于同个区（统一区），因为它们的页面号是连续的。当我们以碎片级别来看待这个情况时，可以发现表越小，碎片越高。即使你用索引重建，这个高碎片也不会减少。这个背后的原因就是SQL Server分配新的表或索引对象时，总是首先从混合区分配空间。
SQL Server为新表或索引从混合区开始分配页。一旦表增长超过8页。SQL Server需要从统一区分配页。当表或索引为新的或修改的数据需要更多的容纳空间时，SQL Server需要这些表或索引分配页。如果表或索引的大小小于8页。SQL Sever需要从混合区给它们分配空间。如果大小超过8页，SQL Server需要从统一区分配页。SQL使用2类不同的页来更好管理这个分配操作。

全局分配映射表（GAM: Global Allocation Map Pages） ：GAM页记录哪些些区已被使用分配。对于每个区，GAM都有一个位。如果这个位是1，表示对应的区是空闲可用的。如果这个位是0，表示对应区被统一区或混合区使用。一个GAM页可以保存64000个区的使用信息。这就是说，一个GAM可以保存近4G（64000 * 8 * 8/ 1024)数据文件的使用信息。简单来说，一个7G的数据文件会有2个GAM页。
共享全局分配映射表（SGAM: Shared Global Allocation Map Pages） ：SGAM页记录哪些区已被作为混合区使用并至少有一个可用的空闲页。对于每个区，SGAM都有一个位。如果这个位是1，表示对应的区作为混合区使用并至少有一个可用的空闲页。如果这个位是0，表示这个区既没被混合区使用（作为统一区），或这个区的所有页都作为混合区使用了。一个SGAM页可以保存64000个区的使用信息。这就是说，一个SGAM可以保存近4G（64000 * 8 * 8/ 1024)数据文件的使用信息。简单来说，一个7G的数据文件会有2个SGAM页。

GAM和SGAM页帮助数据库引擎进行区管理。分配一个区，数据库引擎查找标记1的GAM页，然后标记为0。如果那个区是作为混合区分配，它会在SGAM页把对应区的标记为1。如果那个区是作为统一区分配，那就没有必要在SGAM里修改对应位标记。找一个有空页的混合区，数据库引擎在SGAM页查找标记为1的位。如果没找到，数据文件已经满了。解除一个区分配，数据库引擎会把对应GAM页里对应位设置为1，SGAM页里对应标记设置为0。

在每个数据文件里，第3个页（页号2，页号从0开始）是GAM页，第4个页（页号3，页号从0开始）是SGAM页。第1个页（页号0）是文件头（file header），第2个页（页号1）是PFS（Page Free Space）页。我们可以使用DBCC PAGE命令查看GAM和SGAM页。

我们在AdventureWorks2008R2数据库里验证下：

USE AdventureWorks2008R2

DBCC TRACEON(3604)
GO
DBCC page('AdventureWorks2008R2',1,2,3)

输出的结果最后一个部分：

第1行表示，在页0到页23112之间的区都已经被分配，也就是说页号从0到23129的页都被分配。

第2行表示，在页23120到页25072之间的区都没被分配，也就是说页号从22120到页25079的页都未被分配。

我们一起来看看分配的页23112和未分配的页23120在页头分配信息里的GAM分配情况。

DBCC TRACEON(3604)
GO
DBCC page('AdventureWorks2008R2',1,23112,1)

DBCC TRACEON(3604)
GO
DBCC page('AdventureWorks2008R2',1,23120,1)

可以看到在GAM页的分配信息和在对应页里页头的分配信息（Allocation Statu）是一致的。

我们来看看SGAM页的分配情况：

DBCC TRACEON(3604)
GO
DBCC page('AdventureWorks2008R2',1,3,3)

第1行表示，在页0到页11752之间的区都已经未被分配，也就是说这些区没被分配，或者是统一区，或者是没有空页的混合区，这里应该是统一区。

第2行表示，自页11760的区开始是混合区，并且至少有1个可用的页。

参考文章： 

http://www.sqlservercentral.com/blogs/practicalsqldba/2012/09/12/sql-server-understanding-gam-and-sgam-pages/