第十二周翻译
原文简介：
《Pro SQL Server Internals》2nd edition（专业SQL服务器内部-第二版）
作者：Dmitri Korotkevitch
作者简介：
Dmitri Korotkevitch是Microsoft Data Platform MVP和Microsoft Certified Master (SQL Server 2008)，他拥有20多年的IT经验，包括作为应用程序和数据库开发人员、数据库管理员和数据库架构师与Microsoft SQL Server一起工作的经验。Dmitri专门从事复杂OLTP系统的设计、开发和性能调优，这些系统每秒处理数千个事务。Dmitri经常在各种Microsoft和SQL PASS活动上发言，他为世界各地的客户提供SQL Server培训；
作者的博客地址：http://aboutsqlserver.com
原文链接：http://www.doc88.com/p-4042504089228.html
数据页和数据行
数据库中的空间划分为逻辑的8KB页。这些页面连续编号，从零开始，可以通过指定文件ID和页码来引用。页面编号始终是连续的-当SQL Server增长数据库文件时，新页面的编号将从文件中最后一个最高的页码再加上一个页码开始。类似地，当SQL Server缩小文件时，它会从文件中移除最高的页数页。
SQL Server中的数据存储器
一般来说，有三种不同发方法或者是三种不同的技术，在这些方法和技术中，SQL Server存储和工作都是使用数据库中的数据。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columnstore索引和基于列的存储。这种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介绍基于列的存储。
最后，SQL Server 2014中引入了一种内存内技术，SQL Server 2014被进一步改善了，尽管由于数据冗余，但是他们还是坚持使用硬盘存储数据，他们的存储模式和基于行和列存储之间是不同的，我们将在这本书中的第三部分来简述内存技术；
书中的这个部分集中对基于行存储和经典的b树索引的讨论；
第二章
数据页的结构
一个96字节的页眉包含着信息页的各个部分，如对象页面所属的行数和可用空闲空间页面,链接到前一个和后一个页面,如果页面在一个索引页链,等等。
页眉后面是实际数据存储的区域。然后是自由空间。最后，还有一个slot数组，它是一个由两个字节的条目组成的块，指示相应的数据行从该页开始的偏移量。
slot数组表示页面上数据行的逻辑顺序。如果页面上的数据需要按照索引键的顺序排序，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slot数组。槽0(图1-6最右边)存储页上键值最低的数据行的偏移量;槽1，第二低的键值;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组:固定长度组和可变长度组。固定长度的数据类型，如int、datetime、char和其他类型，不管它们的值是多少，都使用相同数量的存储空间，即使是NULL也是如此。例如，int列总是使用4字节，而nchar(10)列总是使用20字节存储信息。
相反，可变长度的数据类型，如varchar、varbinary和其他一些类型，使用的存储空间与存储数据所需的空间一样多，外加两个字节。例如，nvarchar(4000)列仅使用12字节存储5个字符的字符串，在大多数情况下，使用2字节存储NULL值。
我们将在本章后面讨论变长列不为NULL值使用存储空间的情况。让我们看看数据行的结构，如图1-7所示。
SQL Server 2014中引入了内存内技术，SQL Server 2016中进一步改进了内存内技术。尽管出于冗余目的，它们将数据保存在磁盘上，但它们的存储格式与基于行和基于列的存储都有很大不同。我们将在本书的第8部分中讨论内存技术；
数据行的结构
行的前两个字节，称为状态位A和状态位B，是位图，其中包含关于行的信息，比如行类型，如果行已经被逻辑删除(重定向)，如果行有NULL值、可变长度列和版本控制标记。
行的前两个字节，称为状态位A和状态位B，是位图，其中包含关于行的信息，比如行类型，如果行已经被逻辑删除(重定向)，如果行有NULL值、可变长度列和版本控制标记。
行中接下来的两个字节用于存储数据的固定长度部分的长度。然后是固定长度的数据本身。
在固定长度的数据部分之后，有一个null位图，它包含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。这个数组对表的每一列使用一位，不管它是否为空
空位图总是出现在堆表或聚集索引叶行的数据行中，即使表没有可空列。但是，当索引中没有可空列时，空位图不会出现在非叶索引行中，也不会出现在非聚集索引的叶级行中。
在null位图之后，是行中可变长度的数据部分。它从行中可变长度列的两个字节数开始，然后是列偏移量数组。SQL Server为行中每个变长列存储一个twobyte偏移量值，即使该值为NULL。然后是数据的实际可变长度部分。最后，行末尾有一个可选的14字节版本控制标记。此标记用于需要行版本控制的操作，例如在线索引重建、乐观隔离级别、触发器和其他一些操作。
注意我们将讨论索引维护在第六章中,触发器在第9章和乐观在21章隔离级别。
让我们创建一个表，用一些数据填充它，并查看实际的行数据。代码如清单1-4所示。复制函数将第一个参数提供的字符重复10次。
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*/ );
没有文档记录但众所周知的DBCC IND命令返回关于表页分配的信息。您可以在图1-8中看到该命令的输出。
DBCC IND 的输出
有两页是属于这个表的。第一个页面类型=10，是一种特殊类型的页面，称为IAM分配映射。这个页面跟踪属于特定对象的页面。但是，现在不要关注这个问题，因为我们将在本章后面讨论分配映射页面
注意SQL Server 2012引入了另一个非法数据管理功能(DMF)系统。dm_db_ database_page_assignments，它可以用作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/或目录视图连接。
PageType=1的页面是包含数据行的实际数据页。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文档化的命令DBCC PAGE来检查其内容，如清单1-5所示。
数据行格式:DBCC页调用
Redirecting DBCC PAGE output to console 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显示了对应于第一行数据的DBCC页面的输出。SQL Server以字节交换的顺序存储数据。例如，两个字节的值0001将存储为0100
清单1 - 6。第一行的DBCC页面输
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 Let’s look at the data row in more detail, as shown in Figure 1-9 .
清单1-9，第一行的数据
正如您所看到的，行以两个状态位开始，然后是两个字节的值0800。这是字节交换值0008，它是行中列数属性的偏移量。这个偏移量告诉SQL Server行中固定长度的数据部分在哪里结束。
接下来的4个字节用于存储固定长度的数据，在我们的示例中是ID列。然后是两个字节的值，该值显示数据行有四列，然后是一个一个字节的空位图。如果只有四列，位图中的一个字节就足够了。它以二进制格式存储04的值，即00000100。它表示行中的第三列包含空值
接下来的两个字节存储行中可变长度列的数量，即3(字节顺序为0300)。它后面是一个偏移量数组，其中每两个字节存储变量列数据结束的偏移量。如您所见，即使Col2为NULL，它仍然使用偏移数组中的插槽。最后，还有来自可变长度列的实际数据。现在，让我们看看第二个数据行。
清单1-7显示DBCC页面输出，图1-10显示行数据;
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
第二行中的NULL位图表示二进制值00001010，表示Col1和
Col3是NULL。即使表有三个可变长列，行中可变长列的数量表明偏移数组中只有两列/槽。SQL Server不维护行中尾随的空变长列的信息。
您可以通过创建表来减少数据行的大小，方法是将通常存储null值的变长列定义为CREATE TABLE语句中的最后一列。这是CREATE TABLE语句中列的顺序惟一重要的情况。
固定长度的数据和内部属性必须适合单个数据页上可用的8060字节。如果不是这样，SQL Server不允许您创建表。例如，清单1-8中的代码产生了一个错误。
清单1 - 8。创建数据行大小超过8060字节的表
create table dbo.BadTable ( Col1 char(4000), Col2 char(4060) ) Msg 1701, Level 16, State 1, Line 1
创建或更改表“BadTable”失败，因为最小行大小为8067，包括7字节的内部开销。这超过了表行大小为8060字节的最大允许值。
大型对象存储
即使固定长度的数据和行内部属性必须适合于单个页面，SQL Server也可以在不同的数据页面上存储可变长度的数据。根据数据类型和长度，有两种不同的方法存储数据。
低溢出存储S QL服务器存储不超过8000字节的可变长度列数据，这些数据位于被调用的特殊页面上;
row-overflow页面。让我们创建一个表，并用清单1-9所示的数据填充它。
create table dbo.RowOverflow ( ID int not null, Col1 varchar(8000) null, Col2 varchar(8000) null ); insert into dbo.RowOverflow(ID, Col1, Col2) values (1,replicate('a',8000),replicate('b',8000));
如您所见，SQL Server创建表并插入数据行没有任何错误，即使数据行大小超过8060字节。让我们使用DBCC IND命令查看表页面分配。
结果如图1-11所示。
