在上篇文章 淺談SQL Server內部運行機制 中，與大家分享了SQL Server內部運行機制，通過上次的分享，相信大家已經能解決如下幾個問題： 1.SQL Server 體繫結構由哪幾部分組成？ 2.SQL Server 體繫結構各模塊之間關係是怎樣的？ 3.SQL Server 體繫結構內部 ...
在上篇文章 淺談SQL Server內部運行機制 中，與大家分享了SQL Server內部運行機制，通過上次的分享，相信大家已經能解決如下幾個問題：
1.SQL Server 體繫結構由哪幾部分組成？
2.SQL Server 體繫結構各模塊之間關係是怎樣的？
3.SQL Server 體繫結構內部運行機制是怎樣的？
4.簡單的一條SELECT語句，在SQL Server中是如何一步一步執行的？
然而，僅僅能解決如上幾個問題，是不具有SQL Server資料庫優化能力的，為什麼這麼說，我們先提出如下幾個問題:
1.為什麼會記憶體溢出？(上篇文章開篇提出的)
2.為什麼會產生死鎖，閂鎖？
3.什麼叫執行計劃，如何分析執行計劃？
4. Index Scan 與Index Seek區別？
5.什麼叫聚集索引和非聚集索引？
6.什麼叫堆和B-數？
7.優化SQL Server，應該建立怎樣的一套優化理念？
8.SQL Server優化時，常用的檢測工具，優化工具和優化手段都有哪些？
9.你瞭解這些表與函數嗎？
Sys.dm_exec_requests，Sys.dm_exec_sql_text，Sys.dm_exec_session，Sys.dm_exec_connections，Sys.dm_exec_query_stats，Sys.dm_exec_query_resource_semaphores
10.為什麼磁碟臂是I/O的最大開銷？
11.什麼叫碎片，為什麼會產生碎片？
12.什麼叫跨域，什麼叫主從同步？
13.為什麼要分區，為什麼要拆表(水平拆分，垂直拆分)？
..........
如上的這些基礎問題，若不能很好地解決，就急忙去研究SQL Server優化，甚至去實戰，是會繞很多彎路的，且學得一知半解。我們就拿索引舉個例子，一張UserInfo(UserName,Address,Sex)有1000萬條數據，
當我們查詢時，非常緩慢，為了提高查詢速度，我們優先想到的是建立索引(其他條件不變情況下，如不增加CPU,不增加記憶體，不改變磁碟等)，有經驗的DBA和資料庫優化高手，是不會選擇Addresss和sex作為索引字
段的，想想為什麼？
基於如上的種種問題，本篇文章還是繼續從理論角度分析SQL Server的一些基本理論，為後續的SQL Server優化實戰打好良好的功底，至於具體的優化實戰，應該會在第四篇或第五篇文章開始講解(本篇文章
為SQL Server資料庫優化系列第二篇)，本篇文章大致包括如下內容。(當然，本篇文章未必能全部解決如上提出的問題，但在SQL Server理論性問題介紹結束，大家應該知道如何解決，然後再去實戰)
- SQL Server引擎及集群
- SQL Server數據文件存儲
- SQL Server table表數據的存儲形式
- Page的基本構成
- 若幹基本概念：堆(Heap)、分區、B-Tree、行數據溢出、Master-Slave等
一 SQL Server引擎及集群
首先，我們要知道什麼叫做SQL Server伺服器？SQL Server伺服器部署在伺服器端，用來存儲數據的，如系統數據(如系統資料庫master,tempdb等)、用戶數據(如自定義資料庫數據)和日誌數據(如Log Files)等。
一般地，SQL Server為我們提供了客戶端訪問工具SSMS(Microsoft SQL Server Management Studio)，通過該工具，我們能訪問SQL Server伺服器，從而通過客戶端SQL語句，獲取我們想要的數據,SQL Server最為簡
單的模式是：客戶端《=》伺服器模式，即只有一臺SQL Server伺服器，供一個或多個客戶端訪問，這種架構是最為簡單的，也是大部分小公司常用的架構。下圖為三個不同IP的SQL Server客戶端工具SSMS訪問同一個
SQL Server伺服器。
其次，對於具有一定規模，有一定數據量的公司，單台SQL Server服務滿足不了業務需求，如系統訪問速度慢(一般用戶能容忍的時間是3秒，時間超過3秒，用戶就感覺不良好)、數據量大(單台SQL Server伺服器無法支撐)等，
這時，就需要2台及以上SQL Server伺服器(當然，實際的架構中，不僅僅是SQL Server伺服器之間集群，還有可能是SQL Server伺服器，Oracle伺服器、MySQL伺服器之間跨伺服器、跨域的集群)，通過多台SQL Server伺服器集群，
形成一個龐大的中央伺服器，來處理高併發，大數據量、訪問速度等性能問題，常見的是一個例子就是讀寫分離，主從同步。
下圖是在四個IP不同的伺服器上分別部署一臺SQL Server伺服器引擎和每台伺服器的SQL Server引擎包括的基本內容。
（一）SQL Server 引擎基本內容
1.資料庫
2.安全性
3.伺服器對象
4.複製
5.AlwaysON
6.管理
7.Integration Services
（二）SQL Server引擎之間關係
1.跨域
2.跨域數據主從同步
二 SQL Server 數據文件存儲
在瞭解SQL Server伺服器基本構成，SQL Server伺服器部署，SQL Server伺服器集群和客戶端訪問工具SSMS如何訪問SQL Server伺服器後，接下來，我們將目標定位在單個SQL Server伺服器上，研究
SQL Server單個伺服器，通過第一部分，我們知道單個SQL Server伺服器的基本組成，接下來，我們來分析SQL Server伺服器都有哪些文件，且它們分別以什麼樣的形式存儲，存儲在哪？
對於SQL Server，資料庫文件和日誌文件是其兩大類核心文件。
數據文件主要用來存儲相關數據的，如系統資料庫(master,model,msdb,tempdb)文件，用戶自定義資料庫文件，日誌文件等。
1.資料庫文件主要包括兩個核心文件（.mdf-文件為主要文件，.ndf-文件為次要文件），當創建資料庫時，系統預設會創建.mdf文件和.ndf文件，這兩個文件是以頁(page)的
方式存儲的，它們用來保存一些資料庫對象，如保存表數據，索引數據，約束等；
2.日誌文件(Virtual Log Files，簡稱VLF)，這種文件不是按照頁的方式存儲的，換句說，他們存儲的大小是不確定的，是任意的。
三 Table表數據的存儲形式
通過第二部分，我們知道了SQL Server伺服器主要有兩大類資源文件，即資料庫文件和日誌文件，其中，對於用戶或者一般開發人員來說，資料庫文件應該算是他們最關心的文件，
然而，資料庫文件有很多資源對象，如實體表(table)，視圖(View)，索引(Index)，約束(Constraint)等等，面對這麼多資料庫對象，我們該如何研究呢？是全部研究，還是選擇重點研究？當然是選擇重點研究，
我們將選擇用戶或開發人員使用頻率最多的實體表(table)作為研究對象。
本小節，我們主要討論幾個問題：table是如何存儲的，什麼是分區，什麼是堆，什麼是B-樹，以及它們之間的關係是怎樣的？
（一）實體表的兩種存儲方式
對於SQL Server中的實體表數據，在SQL Server中的存儲形式表現為堆存儲(Heap)和B樹存儲(B-Tree，B+Tree)。
（二）Heap
1.堆，指不含有聚集索引的表，之所以稱為堆，是因為它的數據不按任何順序進行組織，而是按分區組對數據進行組織。
2.在堆中，用於保存數據之間關係的唯一索引結構是索引分配映射(IAM,Index Allocation Map)的點陣圖，對於混合區(mixed extent)分配的前8個頁，這個點陣圖中有指向這些頁的指針，
它還包括一個大點陣圖(每個位代表文件中的4G範圍內的一個區)。
3.堆不是按照特定順序來維護的，所以新增加到列表中的行可以保存到任何數據頁上。SQL Server使用頁可用空間頁(PFS,Page Free Space)的點陣圖來跟蹤數據頁中的可用空間，以
便可以快速地找到有足夠空間能夠容納新行的頁面，如果這樣的頁面不存在，則分配一個新頁面，對於長度可變的列進行更新時，行的大小就會擴展，頁可能會因為沒有空間而無法容納
新增加的行，此時，SQL Server 會把擴展後的行移動到具有足夠空間的頁上，而在原來的位置上保留一個所謂的正向指針(forwarding pointer),，通過它指向行的新位置。
（三）區
區是由8個物理連續的頁組成的單元。當表或索引需要更多的空間以存儲數據時，SQL Server為對象分配一個完整的區。
1.對於包含少量數據的對象，當對象不足64KB時，SQL Server通常只分配一個單獨的頁，而不是整個區
2.區按存儲是否為同一對象，可分為混合區(區8個連續的頁存儲不同對象)和非混合區(區8個連續的頁存儲相同的對象)
3.當刪除(delete)或清空(Truncate)表時，將會釋放區
4.一些讀操作，如大型表或索引掃描的預讀(read-ahead)，可以在區級別，或更高的快級別讀取數據
5.I/O操作最大的開銷是磁碟臂的移動，而真正的磁碟讀寫操作開銷要小得多，因此，讀取一個頁和讀取一個區所用得時間幾乎一樣
（四）B Tree
B樹是一種存儲結構，如B+Tree,B-Tree，其中，B-Tree是我們重點關心的，B-Tree是一種平衡樹，主要用來存儲聚集索引相關數據的，在這裡不重點論述，只要知道有這麼個概念即可，
在索引(Index)章節，我會重點論述。
（五）行數據、溢出數據和其他數據
詳見本篇博文第四部分。
四 頁的基本構成
通過前面幾節介紹，我們知道，頁是存儲的最小單位(其實，頁也是IO的最小單位，每次從磁碟DB中讀取數據到緩衝池，都是以頁為單位讀取的)，那麼SQL Server中的Page又是什麼呢？它
的基本結構又是怎樣的呢？下圖為SQL Server中，一個Page的基本構成。
（一）頁描述
頁是SQL Server存儲數據的基本單位，大小為8KB,它可以包含表或索引數據、分配點陣圖、可用空間信息等。在SQL Server中，頁是數據存儲的最小單位，也是數據讀取的最小IO。
（二）頁的基本構成
SQL Server Page主要由四部分構成，頁頭(Page Header)，數據行(Data Row)，空閑區(Free)和偏移量(Offset)。
1.頁是數據存儲的最小單位，頁是數據讀取的最小IO;
2.一個頁的大小為8KB，其中頁頭占據96B(96個位元組)，頁尾維護的行指針占據2B(2個位元組)，還有其他保留欄位以備後用。
3.SQL Server 2005後，為了滿足VARCHAR,NVARCHAR,VARBINARY，SQL_VARIANT和CLR用戶定義類型，放寬了對行大小的限制，這個技術就叫做行溢出數據。
4.行溢出數據，指當行超過8060位元組時，這些類型的值將被移動到一個成為行溢出分配單元中的頁中，而在原始頁上保留一個24位元組的指針，指向行外的數據，如此，行就
可以跨多個頁，但行內數據任然在8060位元組限制內。如果類型值在8000位元組以內，它們的值將被移動到行溢出頁中；如果超過8000位元組，這些值在內部將被存儲為一個大類型
對象，而在原始行上維護一個16位元組的指針，指向該大型對象值。
五 參考文獻
【01】《SQL Server 2012 深入解析與性能優化 第3版》Christian Bolton,Justin Langford,Glenn Berry,Gavin Payne,Amit Banerjee,Rob Farley著
【02】《SQL Server 2008查詢性能優化》Grant Fritchey，Sajal Dam著
【03】《Microsoft SQL Server 2008 技術內幕:T-SQL查詢》ltzik Ben-Gran，Lubor Kollar，Dejan Sarka，Steve Kass著
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