Sql Server中聚集索引等的结构图

聚集索引结构图：在 SQL Server 中，索引是按 B 树结构进行组织的。索引 B 树中的每一页称为一个索引节点。B 树的顶端节点称为根节点。索引中的底层节点称为叶节点。根节点与叶节点之间的任何索引级别统称为中间级。在聚集索引中，叶节点包含基础表的数据页。根节点和中间级节点包含存有索引行的索引页。每个索引行包含一个键值和一个指针，该指针指向 B 树上的某一中间级页或叶级索引中的某个数据行。每级索引中的页均被链接在双向链接列表中。

聚集索引在 sys.partitions 中有一行，其中，索引使用的每个分区的 index_id = 1。

对于某个聚集索引，sys.system_internals_allocation_units 中的 root_page 列指向该聚集索引某个特定分区的顶部。SQL Server 将在索引中向下移动以查找与某个聚集索引键对应的行。为了查找键的范围，SQL Server 将在索引中移动以查找该范围的起始键值，然后用向前或向后指针在数据页中进行扫描。为了查找数据页链的首页，SQL Server 将从索引的根节点沿最左边的指针进行扫描。

非聚集索引结构图：非聚集索引与聚集索引具有相同的 B 树结构，它们之间的显著差别在于以下两点：

• 基础表的数据行不按非聚集键的顺序排序和存储。
• 非聚集索引的叶层是由索引页而不是由数据页组成。

  非聚集索引中的每个索引行都包含非聚集键值和行定位符。此定位符指向聚集索引或堆中包含该键值的数据行。

  非聚集索引行中的行定位器或是指向行的指针，或是行的聚集索引键，如下所述：

  • 如果表是堆（意味着该表没有聚集索引），则行定位器是指向行的指针。该指针由文件标识符 (ID)、页码和页上的行数生成。整个指针称为行 ID (RID)。
  • 如果表有聚集索引或索引视图上有聚集索引，则行定位器是行的聚集索引键。如果聚集索引不是唯一的索引，SQL Server 将添加在内部生成的值（称为唯一值）以使所有重复键唯一。此四字节的值对于用户不可见。仅当需要使聚集键唯一以用于非聚集索引中时，才添加该值。SQL Server 通过使用存储在非聚集索引的叶行内的聚集索引键搜索聚集索引来检索数据行。

  对于索引使用的每个分区，非聚集索引在 index_id >1 的 sys.partitions 中都有对应的一行。默认情况下，一个非聚集索引有单个分区。如果一个非聚集索引有多个分区，则每个分区都有一个包含该特定分区的索引行的 B 树结构。例如，如果一个非聚集索引有四个分区，那么就有四个 B 树结构，每个分区中一个。

堆结构图：堆是不含聚集索引的表。堆的 sys.partitions 中具有一行，对于堆使用的每个分区，都有 index_id = 0。

sys.system_internals_allocation_units 系统视图中的列 first_iam_page 指向管理特定分区中堆的分配空间的一系列 IAM 页的第一页。SQL Server 使用 IAM 页在堆中移动。堆内的数据页和行没有任何特定的顺序，也不链接在一起。数据页之间唯一的逻辑连接是记录在 IAM 页内的信息。

表和索引结构：

表和索引作为 8 KB 页的集合存储。本主题介绍表页和索引页的组织方式。

表组织

下图显示了表的组织。表包含在一个或多个分区中，每个分区在一个堆或一个聚集索引结构包含数据行。堆页或聚集索引页在一个或多个分配单元中进行管理，具体的分配单元数取决于数据行中的列类型。

分区

表页和索引页包含在一个或多个分区中。分区是用户定义的数据组织单元。默认情况下，表或索引只有一个分区，其中包含所有的表页或索引页。该分区驻留在单个文件组中。具有单个分区的表或索引相当于 SQL Server 早期版本中的表和索引的组织结构。

当表或索引使用多个分区时，数据将被水平分区，以便根据指定的列将行组映射到各个分区。分区可以放在数据库中的一个或多个文件组中。对数据进行查询或更新时，表或索引将被视为单个逻辑实体。有关详细信息，请参阅已分区表和已分区索引。

若要查看表或索引使用的分区，请使用 sys.partitions (Transact-SQL) 目录视图。

聚集表、堆和索引

SQL Server 表使用下列两种方法之一来组织其分区中的数据页：

• 聚集表是有聚集索引的表。
  数据行基于聚集索引键按顺序存储。聚集索引按 B 树索引结构实现，B 树索引结构支持基于聚集索引键值对行进行快速检索。索引中每个级别的页（包括叶级别的数据页）链接在一个双向链接的列表中。但是，通过使用键值来执行从一个级别到另一级别的导航。有关详细信息，请参阅聚集索引结构。
• 堆是没有聚集索引的表。
  数据行不按任何特殊的顺序存储，数据页也没有任何特殊的顺序。数据页不在链接列表内链接。有关详细信息，请参阅堆结构。

索引视图与聚集表具有相同的存储结构。

当堆或聚集表具有多个分区时，每个分区都有一个堆或 B 树结构，其中包含该指定分区的行组。例如，如果一个聚集表有 4 个分区，那么将有 4 个 B 树，每个分区一个。

非聚集索引

非聚集索引与聚集索引有一个相似的 B 树索引结构。不同的是，非聚集索引不影响数据行的顺序。叶级别包含索引行。每个索引行包含非聚集键值、行定位符和任意包含列或非键列。定位符指向包含键值的数据行。有关详细信息，请参阅非聚集索引结构。

XML 索引

可以对表中的每个 xml 列创建一个主 XML 索引和多个辅助 XML 索引。XML 索引是 xml 数据类型列中的 XML 二进制大型对象 (BLOB) 的拆分和持久化的表示形式。XML 索引以内部表的形式存储。若要查看有关 XML 索引的信息，请使用 sys.xml_indexes 或 sys.internal_tables 目录视图。

有关 XML 索引的详细信息，请参阅 XML 数据类型列的索引。

分配单元

分配单元是堆或 B 树内用于根据页类型管理数据的页集合。下表列出了用于管理表和索引中的数据的分配单元类型。

分配单元类型
用于管理

IN_ROW_DATA

包含除大型对象 (LOB) 数据以外的所有数据的数据行或索引行。

页的类型为 Data 或 Index。

LOB_DATA

以下列一种或多种数据类型存储的大型对象数据：text、ntext、image、xml、varchar(max)、nvarchar(max)、varbinary(max) 或 CLR 用户定义类型 (CLR UDT)。

页的类型为 Text/Image。

ROW_OVERFLOW_DATA

存储在超过 8,060 字节行大小限制的 varchar、nvarchar、varbinary 或 sql_variant 列中的可变长度数据。

页的类型为 Data。

有关页类型的详细信息，请参阅页和区。

在堆或 B 树的特定分区中，每种类型只能有一个分配单元。若要查看表或索引的分配单元信息，请使用 sys.allocation_units 目录视图。

IN_ROW_DATA 分配单元

对于表（堆或聚集表）、索引或索引视图使用的每个分区，只有一个 IN_ROW_DATA 分配单元，它由一个数据页集合构成。此分配单元还包含其他页集合，这些集合用来实现为表或视图定义的每个非聚集索引和 XML 索引。表、索引或索引视图的每个分区中的页集合由 sys.system_internals_allocation_units 系统视图中的页指针定位。

重要提示：

sys.system_internals_allocation_units 系统视图保留为仅供 Microsoft SQL Server 内部使用。不保证将来的兼容性。

每个表、索引和索引视图分区在 sys.system_internals_allocation_units 中有一行，该行由容器 ID (container_id) 唯一标识。容器 ID 与 sys.partitions 目录视图中的 partition_id 之间具有一对一的映射，用于维护分区中存储的表、索引或索引视图数据与用来管理分区内数据的分配单元之间的关系。

表、索引或索引视图分区的页分配由一个 IAM 页链管理。sys.system_internals_allocation_units 中的 first_iam_page 列指向 IAM 页链（用于管理分配给 IN_ROW_DATA 分配单元中的表、索引或索引视图的空间）中的第一个 IAM 页。

sys.partitions 为表或索引中每个分区返回一行。

• 堆在 sys.partitions 中有一行，其 index_id = 0。
  sys.system_internals_allocation_units 中的 first_iam_page 列指向指定分区中堆数据页集合的 IAM 链。服务器使用 IAM 页查找数据页集合中的页，因为这些页没有链接。
• 表或视图的聚集索引在 sys.partitions 中有一行，其 index_id = 1。
  sys.system_internals_allocation_units 中的 root_page 列指向指定分区内聚集索引 B 树的顶端。服务器使用索引 B 树查找分区中的数据页。
• 为表或视图创建的每个非聚集索引在 sys.partitions 中有一行，其 index_id > 1。
  sys.system_internals_allocation_units 中的 root_page 列指向指定分区内非聚集索引 B 树的顶端。
• 至少有一个 LOB 列的每个表在 sys.partitions 中也有一行，其 index_id > 250。
  first_iam_page 列指向管理 LOB_DATA 分配单元中的页的 IAM 页链。

ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元

对于表（堆或聚集表）、索引或索引视图使用的每个分区，都有一个 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元。此分配单元包含零 (0) 页，直到 IN_ROW_DATA 分配单元中带有可变长度列（varchar、nvarchar、varbinary 或 sql_variant）的数据行超过 8 KB 的行大小限制。达到大小限制后，SQL Server 将把最宽的列从该行移动到 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元中的页。原始页上将维护一个指向此行外数据的 24 字节指针。

ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元中 Text/Image 页的管理方式与 LOB_DATA 分配单元中页的管理方式相同。即，使用 IAM 页链管理 Text/Image 页。

LOB_DATA 分配单元

当表或索引有一个或多个 LOB 数据类型时，将为每个分区分配一个 LOB_DATA 分配单元，以管理该数据的存储。LOB 数据类型包括text、ntext、image、xml、varchar(max)、nvarchar(max)、varbinary(max) 和 CLR 用户定义类型。

分区和分配单元示例

下列示例返回两个表的分区和分配单元数据：DatabaseLog，具有 LOB 数据但没有非聚集索引的堆；Currency，没有 LOB 数据但有一个非聚集索引的聚集表。两个表都有一个分区。

USE AdventureWorks;
GO
SELECT o.name AS table_name,p.index_id, i.name AS index_name , au.type_desc AS allocation_type, au.data_pages, partition_number
FROM sys.allocation_units AS au
    JOIN sys.partitions AS p ON au.container_id = p.partition_id
    JOIN sys.objects AS o ON p.object_id = o.object_id
    JOIN sys.indexes AS i ON p.index_id = i.index_id AND i.object_id = p.object_id
WHERE o.name = N'DatabaseLog' OR o.name = N'Currency'
ORDER BY o.name, p.index_id;

下面是结果集。请注意，DatabaseLog 表使用所有三个分配单元类型，因为表中包含 Data 和 Text/Image 页类型。Currency 表没有 LOB 数据，但具有管理数据页所需的分配单元。如果以后将 Currency 表修改为包含 LOB 数据类型列，将创建一个 LOB_DATA 分配单元来管理该数据。

table_name  index_id index_name               allocation_type     data_pages  partition_number 
----------- -------- -----------------------  ---------------     -----------  ------------
Currency    1        PK_Currency_CurrencyCode IN_ROW_DATA         1           1
Currency    3        AK_Currency_Name         IN_ROW_DATA         1           1
DatabaseLog 0        NULL                     IN_ROW_DATA         160         1
DatabaseLog 0        NULL                     ROW_OVERFLOW_DATA   0           1
DatabaseLog 0        NULL                     LOB_DATA            49          1
(5 row(s) affected)

页和区：

SQL Server 中数据存储的基本单位是页。为数据库中的数据文件（.mdf 或 .ndf）分配的磁盘空间可以从逻辑上划分成页（从 0 到 n 连续编号）。磁盘 I/O 操作在页级执行。也就是说，SQL Server 读取或写入所有数据页。

区是八个物理上连续的页的集合，用来有效地管理页。所有页都存储在区中。

页

在 SQL Server 中，页的大小为 8 KB。这意味着 SQL Server 数据库中每 MB 有 128 页。每页的开头是 96 字节的标头，用于存储有关页的系统信息。此信息包括页码、页类型、页的可用空间以及拥有该页的对象的分配单元 ID。

下表说明了 SQL Server 数据库的数据文件中所使用的页类型。

页类型
内容

Data

当 text in row 设置为 ON 时，包含除 text、 ntext、image、nvarchar(max)、varchar(max)、varbinary(max) 和 xml 数据之外的所有数据的数据行。

Index

索引条目。

Text/Image

大型对象数据类型：

• text、 ntext、image、nvarchar(max)、varchar(max)、varbinary(max) 和 xml 数据。

数据行超过 8 KB 时为可变长度数据类型列：

• varchar、nvarchar、varbinary 和 sql_variant

Global Allocation Map、Shared Global Allocation Map

有关区是否分配的信息。

Page Free Space

有关页分配和页的可用空间的信息。

Index Allocation Map

有关每个分配单元中表或索引所使用的区的信息。

Bulk Changed Map

有关每个分配单元中自最后一条 BACKUP LOG 语句之后的大容量操作所修改的区的信息。

Differential Changed Map

有关每个分配单元中自最后一条 BACKUP DATABASE 语句之后更改的区的信息。

注意：

日志文件不包含页，而是包含一系列日志记录。

在数据页上，数据行紧接着标头按顺序放置。页的末尾是行偏移表，对于页中的每一行，每个行偏移表都包含一个条目。每个条目记录对应行的第一个字节与页首的距离。行偏移表中的条目的顺序与页中行的顺序相反。

大型行支持

行不能跨页，但是行的部分可以移出行所在的页，因此行实际可能非常大。页的单个行中的最大数据量和开销是 8,060 字节 (8 KB)。但是，这不包括用 Text/Image 页类型存储的数据。包含varchar、nvarchar、varbinary 或 sql_variant 列的表不受此限制的约束。当表中的所有固定列和可变列的行的总大小超过限制的 8,060 字节时，SQL Server 将从最大长度的列开始动态将一个或多个可变长度列移动到 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元中的页。每当插入或更新操作将行的总大小增大到超过限制的 8,060 字节时，将会执行此操作。将列移动到 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元中的页后，将在 IN_ROW_DATA 分配单元中的原始页上维护 24 字节的指针。如果后续操作减小了行的大小，SQL Server 会动态将列移回到原始数据页。有关详细信息，请参阅行溢出数据超过 8 KB。

区

区是管理空间的基本单位。一个区是八个物理上连续的页（即 64 KB）。这意味着 SQL Server 数据库中每 MB 有 16 个区。

为了使空间分配更有效，SQL Server 不会将所有区分配给包含少量数据的表。SQL Server 有两种类型的区：

• 统一区，由单个对象所有。区中的所有 8 页只能由所属对象使用。
• 混合区，最多可由八个对象共享。区中八页的每页可由不同的对象所有。

通常从混合区向新表或索引分配页。当表或索引增长到 8 页时，将变成使用统一区进行后续分配。如果对现有表创建索引，并且该表包含的行足以在索引中生成 8 页，则对该索引的所有分配都使用统一区进行。