1.1 页和区

1.1 页和区

1.1.1 文件类型

　　SQL Server 的文件存储主要有以下 3 种类型：

（1）数据文件

　　数据库的主要数据就保存在数据文件中，SQL Server有专门的存储引擎用于管理这些文件中的数据。

（2）文件流

　　对于某些非结构化的数据（例如文档和图像），如果使用 SQL Server 的 image 或者 varbinary(max) 数据类型来存储和管理，将带来诸多不便，其中比较突出的问题在于读取效率比较低。

　　SQL Server 2008 引入了文件流（FileStream），从而将数据库系统与 Windows 文件系统进行了结合，非结构化数据以二进制方式存放在 Windows 文件系统中，而数据库中存储的是文件系统的指针等相关信息，并且可以由数据库进行统一管理（例如备份和还原）。

（3）日志文件

　　日志文件用于存储数据库工作中产生的事务日志。

1.1.2 数据页的基本结构

　　数据文件的基本存储是以“页”（Page）为单位。每一个页为 8KB（8192 字节）。页是 SQL Server 可以读写的最小 I/O 单位，也就是说，即使只需要读取非常简单的一个数据行，SQL Server 也必须读取该数据行所在的整个页。

　　数据页用于保存表、索引的数据（行）。每个数据页都由标头、数据行、保留区这三个部分组成。

（1）标头

　　每一个数据页都包含一个96字节的标头。例如，SQL Server 2008 使用了其中64字节，其他32字节作为保留。标头包含的信息如下表所示。

字节顺序	包含的信息
	此页面在数据库中的PageId，包括所属的物理文件ID及页面编号
	下一个PageId（如果此页面属于一个页面链）
	上一个PageId（如果此页面属于一个页面链）
	此页面所属的数据库对象的ObjectId
	此页面所属的分区的PartitionId
	包含此页面的分配单元的AllocUnitId
	用于修改和更新此页面的事务 LSN
	此页面上已有的记录（slot）的总数
	此页面在索引中的层级

	此页面在所属的索引的 IndexId
	此页面上第一块空闲空间的字节偏移量
	记录的定长部分的总字节数
	此页面上的空闲的总字节数
	所有事务保留的字节数
	最新开始的事务保留的字节数
	残缺页检测
	包含页面其他信息的位图（2字节）

（2）数据行

　　数据行紧跟在标头之后，数据行的最大长度是8060字节。由于数据行不能“跨页”，因此单行数据最多8060字节，但对于可变长对象与LOB对象有特殊的处理方法从而可以“跨页”。

　　实际上，每一行的数据内容最多不能超过8053，因为 SQL Server 还需要对每一行的数据最少附加7字节的系统数据。

（3）保留区

　　位于页的末尾的是行偏移矩阵，或称为行偏移数组，或行指针，它最少占用36字节。

　　每一行记录都对应一个条目块（Entity Block），条目块的编号分别为 slot0、slot1、slot2 等。每个条目块由2个字节构成，记录该行记录的第一个字节与页首的距离。行偏移矩阵只表示了本页所有数据行的逻辑顺序，而且条目顺序与数据行的顺序相反，即页的最后2个字节为 slot0，倒数第3个和第4个字节为 slot1，依此类推。

　　行的物理位置可以是页面上的任意位置。如果是聚集表，slot0 引用聚集索引键顺序中的第一行，slot1 引用第二行，依此类推。

　　行偏移矩阵最少为36字节，因此默认最多只可以记录18个数据行。当该页超过18条记录时，系统将动态缩减数据行占用的字节数，但数据行与行偏移矩阵总共保持8096字节。

1.1.3  行数据的存储结构

　　SQL Server 有以下3种类型的页面来存储行数据。

（1）行内数据（IN_ROW_DATA）的页面

　　在旧版本的 SQL Server 中，每一个记录行都不能跨页，而且被限制为 8060 字节（Text、Image类型的LOB除外），还要考虑留有足够的空间存储行偏移矩阵的条目块。

（2）行溢出数据（ROW_OVERFLOW_DATA）的页面

　　SQL Server 2005 及后续产品对于含有varchar（旧版本为text）、nvarchar（旧版本为ntext）、varbinary（旧版本为image）、SQL_Variant 以及 CLR 用户定义类型的数据行，可以超过这一限制。当记录行超过8060字节时，这些类型的值将被移动到一个“行溢出分配单元”的页中，并且在原始页中保留一个24字节的指针用于指向行外的页。这样就实现了行可以跨页的功能，但行内的数据仍然被限制为8060字节。

（3）LOB数据（LOB_DATA）的页面

　　如果需要“溢出”的数据的大小不超过8000字节时，“溢出”的数据将被移动到行溢出页中。如果数据的大小超过了8000字节，这些值将被内部处理为一个“大型对象”（large object，缩写为LOB），而在原始行上维护一个16字节的指针，指向该LOB。

1.1.4  区 

　　区（Extent），也称为扩展，或盘区，是8个物理上连续的页组成的单元，即64KB的空间，用于存储表和索引。 SQL Server 有两种类型的区：

（1）统一区（Uniform Extent）

　　统一区由单个对象拥有，只有该对象可以使用该区中的8个页面。当表或索引需要更多的空间以存储数据时，SQL Server为对象分配一个完整的区。

（2）混合区（Mixed Extent）

　　由于每个页面可由一个对象拥有，因此一个混合区最多可由8个对象拥有。对于包含少量数据的对象且不足64KB时，当它需要更多空间时，SQL Server通常只分配一个单独的页，而不是整个区。这个页可以位于一个混合区内。

　　由于I/O负载多数消耗在磁盘寻址方面，因此读取一个连续8个页面的区，与读取一个页，所用的时间几乎一样多。SQL Server对一些大型表或索引的扫描，可以在区级别上读取数据，大多数情况下都可以提升性能。

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