SQL Server Page結(jié)構(gòu)深入分析

SQL Server存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基本單元是Page，每一個(gè)Page的大小是8KB，數(shù)據(jù)文件是由Page構(gòu)成的。在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上，每一個(gè)Page都有一個(gè)唯一的資源標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)符由三部分組成：db_id,file_id,page_id，例如，15:1:8733，15是數(shù)據(jù)庫(kù)的ID，1是數(shù)據(jù)文件的ID，8733是Page的編號(hào)，Page的編號(hào)從0依次遞增。8個(gè)連續(xù)的Page組成一個(gè)區(qū)（Extent），數(shù)據(jù)文件中已分配（Allocated）的空間被分割成區(qū)的整數(shù)倍。一次磁盤IO操作作用于Page級(jí)別，而空間分配的最小單元是區(qū)。

Page是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，不同類型的Page存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是不同的，Page的結(jié)構(gòu)也是不同的。有些Page是用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，叫做Data Page，有些Page是用于存儲(chǔ)索引結(jié)構(gòu)中的中間節(jié)點(diǎn)的，叫做Index Page，有些Page是SQL Server存儲(chǔ)引擎使用的，用于管理Page的，叫做系統(tǒng)頁(yè)。本文關(guān)注的是Data Page和Index Page，跟數(shù)據(jù)表有關(guān)。

日志文件沒有Page結(jié)構(gòu)，它是由一系列的日志記錄構(gòu)成的。

一，Page的結(jié)構(gòu)

每一個(gè)Page都由 頭部（Header），內(nèi)容（Content）和行偏移量（Offset）組成，頭部是在Page的開始處，占用96Bytes，用于存儲(chǔ)Page的編號(hào)，Page的類型，分配單元（Allocation Unit）等系統(tǒng)信息。注：在單個(gè)Page中最多存儲(chǔ)8060Bytes的數(shù)據(jù)。

The maximum amount of data and overhead that is contained in a single row on a page is 8,060 bytes (8 KB).

數(shù)據(jù)行存儲(chǔ)在Page Header之后，數(shù)據(jù)行在Page中的物理存儲(chǔ)是無序的，行的邏輯順序是由行偏移（Row Offset）確定的，行偏移存儲(chǔ)在Page的末尾，每一個(gè)行偏移是一個(gè)Slot，占用2B。行偏移連續(xù)排列在Page的末尾，稱作槽數(shù)組（Slot Array）。行偏移以倒序方式存儲(chǔ)行的偏移量，這意味著，從Page末尾向Page 開頭計(jì)數(shù)，第一行的偏移量存儲(chǔ)在Page的末尾Slot中，第二行的偏移量存儲(chǔ)在Page末尾的第二個(gè)Slot中。

二，查看Page頭部信息

Page頭部信息存儲(chǔ)的是Page的系統(tǒng)信息，可以使用非正式的命令來查看：

DBCC PAGE(['database name'|database id], file_id, page_number, print_option = [0|1|2|3] )

參數(shù)：file_id是數(shù)據(jù)庫(kù)文件的ID；page_number是Page在當(dāng)前文件中的編號(hào)；print_option是指打印信息的詳細(xì)程度，默認(rèn)值是0，只打印Page Header。

例如，查看資源標(biāo)識(shí)符：15:1:8777733 Page的頭部信息：

dbcc traceon(3604)
dbcc page(15,1,8777733)

在我的數(shù)據(jù)庫(kù)中，該P(yáng)age的頭部信息（移除Buffer的數(shù)據(jù)）如下所示，

PAGE: (1:8777733)

PAGE HEADER:
Page @0x0000005188B02000

m_pageId = (1:8777733)    m_headerVersion = 1     m_type = 1
m_typeFlagBits = 0x0    m_level = 0       m_flagBits = 0x220
m_objId (AllocUnitId.idObj) = 28503 m_indexId (AllocUnitId.idInd) = 256 
Metadata: AllocUnitId = 72057595905900544        
Metadata: PartitionId = 72057594059423744        Metadata: IndexId = 1
Metadata: ObjectId = 1029578706  m_prevPage = (1:8777732)   m_nextPage = (1:8777734)
pminlen = 16      m_slotCnt = 2      m_freeCnt = 4513
m_freeData = 3675     m_reservedCnt = 0     m_lsn = (1212327:16:558)
m_xactReserved = 0     m_xdesId = (0:799026688)   m_ghostRecCnt = 0
m_tornBits = -1518328013   DB Frag ID = 1      

Allocation Status
GAM (1:8690944) = ALLOCATED   SGAM (1:8690945) = NOT ALLOCATED 
PFS (1:8775480) = 0x40 ALLOCATED 0_PCT_FULL       DIFF (1:8690950) = CHANGED
ML (1:8690951) = NOT MIN_LOGGED

Page 頭部中各個(gè)字段的含義：

1，Page的編號(hào)

m_pageId = (1:8777733)，該P(yáng)age所在的File ID 和Page ID

2，Page的類型

m_type = 1，Page的類型，常見的類型是數(shù)據(jù)頁(yè)和索引頁(yè)：

1 – data page，用于表示：堆表或聚集索引的葉子節(jié)點(diǎn)
2 – index page，用于表示：聚集索引的中間節(jié)點(diǎn)或者非聚集索引中所有級(jí)別的節(jié)點(diǎn)
其他Page類型（系統(tǒng)頁(yè)是管理Page的Page，例如，GAM，IAM等）如下：

3 – text mix page，4 – text tree page，用于存儲(chǔ)類型為文本的大對(duì)象數(shù)據(jù)
7 – sort page，用于存儲(chǔ)排序操作的中間數(shù)據(jù)結(jié)果
8 – GAM page，用于存儲(chǔ)全局分配映射數(shù)據(jù)GAM(Global Allocation Map），每一個(gè)數(shù)據(jù)文件被分割成4GB的空間塊（Chunk），每一個(gè)Chunk都對(duì)應(yīng)一個(gè)GAM數(shù)據(jù)頁(yè)，GAM數(shù)據(jù)頁(yè)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)文件特定的位置處，一個(gè)bit映射當(dāng)前Chunk中的一個(gè)區(qū)。
9 – SGAM page，用于存儲(chǔ)SGAM頁(yè)(Shared GAM）
10 – IAM page，用于存儲(chǔ)IAM頁(yè)（Index Allocation Map）
11 – PFS page，用于存儲(chǔ)PFS頁(yè)（Page Free Space）
13 – boot page，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，只有一個(gè)Page，Page的標(biāo)識(shí)符是：db_id:1:9，
15 – file header page，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的每一個(gè)文件都有一個(gè)，Page的編號(hào)是0。
16 – diff map page，存儲(chǔ)差異備份的映射，表示從上一次完整備份之后，該區(qū)的數(shù)據(jù)是否修改過。
17 – ML map page，表示從上一次備份之后，在大容量日志（bulk-Logged）操作期間，該區(qū)的數(shù)據(jù)是否被修改過，This is what allows you to switch to bulk-logged mode for bulk-loads and index rebuilds without worrying about breaking a backup chain.
18 – a page that's be deallocated by DBCC CHECKDB during a repair operation.
19 – the temporary page that ALTER INDEX … REORGANIZE (or DBCC INDEXDEFRAG) uses when working on an index.
20 – a page pre-allocated as part of a bulk load operation, which will eventually be formatted as a ‘real' page.

3，Page在索引中的級(jí)數(shù)

數(shù)據(jù)頁(yè)在索引中的索引級(jí)數(shù)，m_level=0，表示處于Leaf Level。

對(duì)于堆表（Heap），m_level=0表示的是Data Page；
對(duì)于聚集索引，m_level=0表示的是Data Page；
對(duì)于非聚集索引，m_level=0表示的是葉子節(jié)點(diǎn)

4, Page的元數(shù)據(jù)

Page的元數(shù)據(jù)十分重要，不僅能夠查看處Page所在的Object，甚至能夠查看該P(yáng)age所在的分配單元和分區(qū)ID，在死鎖進(jìn)行故障排除時(shí)十分有用

Metadata: AllocUnitId =72057595905900544，該P(yáng)age所在的分配單元ID（allocation_unit_id）
Metadata: PartitionId =72057594059423744，該P(yáng)age所在的分區(qū)的分區(qū)ID（partition_id）
Metadata: IndexId = 1，該P(yáng)age所在的索引ID
Metadata: ObjectId = 1029578706，用于表示Page所屬對(duì)象的object_id
5，page的鏈指針

由于數(shù)據(jù)表的Page并不是單獨(dú)存在的，而是通過雙向鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)連接在一起的，

m_prevPage = (1:8777732) ：用于表示前一個(gè)page (FileID : PageID)
m_nextPage = (1:8777734)　?。河糜诒硎鞠乱粋€(gè)page (FileID:PageID)

6, 其他頭部字段

m_slotCnt = 2 ：頁(yè)面中Slot的數(shù)量，用于Page中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)行數(shù)
m_freeCnt = 4513　 ：頁(yè)面中剩余的空間，單位是字節(jié)，還剩83字節(jié)的空間　
m_reservedCnt = 0 ：為活動(dòng)事務(wù)保留的存儲(chǔ)空間，單位是字節(jié)
m_ghostRecCnt = 0 ：頁(yè)面中存在的幽靈記錄的總數(shù)（ghost record count）
關(guān)于Page頭部的信息，可以閱讀《Inside the Storage Engine: Anatomy of a page》；

三，利用Page的元數(shù)據(jù)排除死鎖

Page的元數(shù)據(jù)包含分區(qū)ID，索引ID和對(duì)象ID，用戶可以使用這些元數(shù)據(jù)，分析死鎖產(chǎn)生的原因。系統(tǒng)追蹤到產(chǎn)生死鎖的資源，可能是一個(gè)Page的資源標(biāo)識(shí)符，如果能夠確認(rèn)發(fā)生死鎖是由于數(shù)據(jù)表或索引的分區(qū)不合理導(dǎo)致的，那么可以重新設(shè)置分區(qū)列，或者設(shè)置分區(qū)邊界值，把單個(gè)分區(qū)拆分成多個(gè)分區(qū)，這樣就能把競(jìng)爭(zhēng)的臨界資源分配到不同的分區(qū)中，避免查詢請(qǐng)求對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而減少死鎖的發(fā)生。

Metadata: PartitionId ，該P(yáng)age所在的分區(qū)的分區(qū)ID（partition_id）；
Metadata: IndexId ，該P(yáng)age所在索引ID；
Metadata: ObjectId，用于表示對(duì)象的object_id；