【SQL SERVER】數據內部存儲結構簡單探索

来源:https://www.cnblogs.com/WilsonPan/archive/2020/04/01/12605299.html
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探索資料庫內部存儲數據存儲結構，將從資料庫內部如何存儲數據，索引數據如何存儲，操作數據對存儲影響，最後總結。 ...


 資料庫經常需要打交道，但是從來沒想過資料庫內部是如何存儲數據。

 今天探索一下資料庫內部如何存儲數據，從下麵幾個方面探索

  1. 資料庫內部如何存儲數據
  2. 索引數據如何存儲
  3. 操作數據對存儲影響
  4. 總結

資料庫內部如何存儲數據

1. 要驗證，先準備數據，這裡創建是一個表，並添加3條數據

create table DataTable(Id int identity(1,1), [Name] varchar(50), [Address] varchar(200), CreateTime datetime2)
    
insert into DataTable
select 'Wilson','廣州市天河區',GETDATE() union all
select 'Alice','北京市朝陽區',GETDATE() union all
select 'Key','廣州市番禺區',GETDATE()
View Code

2. 利用DBCC查看頁數據，資料庫名稱Demo

DBCC TRACEON(2588,3604)            --打開追蹤
DBCC IND(Demo,DataTable,-1)        --查看分配情況，這裡查到的PageFID,PagePID，用於PAGE查詢，PageType = 1 是數據頁
DBCC PAGE(Demo,1,224,1)            --查看頁槽位情況

PAGE是查看cha內容太多，截取部分數據，

Slot 0, Offset 0x60, Length 43, DumpStyle BYTE
    
Record Type = PRIMARY_RECORD        Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 43                    
Memory Dump @0x000000557C77A060
    
0000000000000000:   30001000 01000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002  0.............@.....
0000000000000014:   001f002b 0057696c 736f6eb9 e3d6ddca d0ccecba  ...+.Wilson.........
0000000000000028:   d3c7f8                                        ...    
    
Slot 1, Offset 0x8b, Length 42, DumpStyle BYTE
    
Record Type = PRIMARY_RECORD        Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 42                    
Memory Dump @0x000000557C77A08B
    
0000000000000000:   30001000 02000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002  0.............@.....
0000000000000014:   001e002a 00416c69 6365b1b1 bea9cad0 b3afd1f4  ...*.Alice..........
0000000000000028:   c7f8                                          ..     
    
Slot 2, Offset 0xb5, Length 40, DumpStyle BYTE
    
Record Type = PRIMARY_RECORD        Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 40                    
Memory Dump @0x000000557C77A0B5
    
0000000000000000:   30001000 03000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002  0.............@.....
0000000000000014:   001c0028 004b6579 b9e3d6dd cad0b7ac d8aec7f8  ...(.Key............
    
OFFSET TABLE:
    
Row - Offset                        
2 (0x2) - 181 (0xb5)                
1 (0x1) - 139 (0x8b)                
0 (0x0) - 96 (0x60)

上面是16進位，拿第一條數據來分析，分析完再跟另外兩條數據來驗證

Slot 0, Offset 0x60, Length 43, DumpStyle BYTE
0000000000000000: 30001000 01000000 c0bb04c8 7fea400b 04000002 0.............@.....
0000000000000014: 001f002b 0057696c 736f6eb9 e3d6ddca d0ccecba ...+.Wilson.........
0000000000000028: d3c7f8

30001000：欄位的標誌位，沒找到官方說明，目前瞭解是，有可變欄位和無可變欄位不一致，已經刪除的行會從30->3c
01000000：這個明顯代表是Id，從另外兩條數據可以猜到
c0bb04c8 7fea400b：因為看到Name在後面，這裡剛好8個字元，這個應該是時間datetime2，寫了個代碼將16進位轉換datetime2，現在就用代碼驗證，代碼在文章最後放出來，因為時間轉換有精度丟失，所以兩個時間不是完全一直

04000002：04代表一共有4個欄位，02代表一共有連個可變長欄位
001f002b： 這裡是兩個可變字元的偏移量
0057696c 736f6eb9 e3d6ddca d0ccecba d3c7f8：這一串保存是姓名和地址，前面兩個00，應該是上面長度的一個分隔符，下麵也是用代碼驗證一下

 到這裡也大概清楚SQL如何存儲數據，它不是按欄位順序存儲，先存固定長度的欄位，然後插入分隔的符號，然後存可變長的欄位，這樣做可能為了減少移動數據帶來的成本，後面操作數據會有講到。

索引數據如何存儲

到目前為止，是沒有涉及到索引，因為我們上面的數據是沒有創建索引，是一個堆表。

索引分非聚集索引和聚集索引

1. 創建非聚集索引

create index IX_DataTable_Name on DataTable(Name ASC)

1.1 查看數據頁分配情況

DBCC IND(Demo,DataTable,-1)        --查看分配情況
DBCC PAGE(Demo,1,280,1)            --查看頁分配情況

1.2 Page分配情況

Slot 0, Offset 0x60, Length 21, DumpStyle BYTE
    
Record Type = INDEX_RECORD          Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 21                    
Memory Dump @0x00000055721FA060
    
0000000000000000:   36000100 00010001 00020000 01001500 416c6963  6...............Alic
0000000000000014:   65                                            e      
    
Slot 1, Offset 0x75, Length 22, DumpStyle BYTE
    
Record Type = INDEX_RECORD          Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 22                    
Memory Dump @0x00000055721FA075
    
0000000000000000:   36000100 00010002 00020000 01001600 4b657920  6...............Key 
0000000000000014:   4c69                                          Li     
    
Slot 2, Offset 0x8b, Length 22, DumpStyle BYTE
    
Record Type = INDEX_RECORD          Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 22                    
Memory Dump @0x00000055721FA08B
    
0000000000000000:   36000100 00010000 00020000 01001600 57696c73  6...............Wils
0000000000000014:   6f6e                                          on

1.3 Page頁面分析

0100 00010001：這個是行Id，轉義過來是（1:256:1），因為現在還是堆表，所以指向行Id

00020000：這個也是正文開始標記

01001500：這裡記錄索引的長度

後面的就是索引內容

可以看到，索引存儲大概結構

指針 -> 索引信息（長度）-> 索引內容

查看行Id，可以使用sys.fn_PhysLocFormatter(%%physloc%%)

select sys.fn_PhysLocFormatter(%%physloc%%),* from DataTable

2  創建聚集索引

create clustered index IX_DatTaable_Name on DataTable(Name ASC)

2.1 查看數據頁分配情況

DBCC IND(Demo,DataTable,-1)        --IndexID=1就是聚集索引
DBCC PAGE(Demo,1,234,3)

2.2 Page分配情況

0000000000000000:   30001000 02000000 20d1565f 0deb400b 05000003  0....... .V_..@.....
0000000000000014:   001b0020 002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af  ... .,.Alice........
0000000000000028:   d1f4c7f8

2.3 Page頁面分析

這裡數據大概格式行Id+定長欄位+行信息+變長數據，這裡就不展開驗證。

值得註意是，這裡的欄位數量和可變長欄位數量為 05000003

這裡之所以會多了一個欄位，是因為我們添加的聚集索引沒有指定唯一，SQL SERVER會自動添加一個4位元組的欄位，確保聚集索引唯一。

操作數據對存儲影響

1. INSERT

insert into DataTable(Name,Address,CreateTime)
select 'Jack','廣州市天河區',GETDATE()

1.1 查看Page情況

Slot 0, Offset 0x60, Length 44, DumpStyle BYTE
    
Record Type = PRIMARY_RECORD        Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 44                    
Memory Dump @0x0000005CD11FA060
    
0000000000000000:   30001000 02000000 40f61b57 1aeb400b 05000003  0[email protected]..@.....
0000000000000014:   001b0020 002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af  ... .,.Alice........
0000000000000028:   d1f4c7f8                                      ....   
    
Slot 1, Offset 0xe3, Length 43, DumpStyle BYTE
    
Record Type = PRIMARY_RECORD        Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 43                    
Memory Dump @0x0000005CD11FA0E3
    
0000000000000000:   30001000 04000000 350f285e 1aeb400b 05000003  0.......5.(^..@.....
0000000000000014:   001b001f 002b004a 61636bb9 e3d6ddca d0ccecba  .....+.Jack.........
0000000000000028:   d3c7f8                                        ...

 可以看到在Alice後面槽位插入了數據（因為這個表的聚集索引是在Name，升序）

2. UPDATE

update DataTable set Address = '廣州市白雲區黃邊路8號' where Id  = 1

2.1 查看Pag情況，用2，查看整個Page

0000005CD387A064:   02000000 40f61b57 1aeb400b 05000003 001b0020  [email protected]..@........ 
0000005CD387A078:   002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af d1f4c7f8  .,.Alice............
0000005CD387A08C:   30001000 03000000 40f61b57 1aeb400b 05000003  0[email protected]..@.....
0000005CD387A0A0:   001b001e 002a004b 6579b9e3 d6ddcad0 b7acd8ae  .....*.Key..........
0000005CD387A0B4:   c7f83000 10000100 000040f6 1b571aeb 400b0500  ..0[email protected]..@...
0000005CD387A0C8:   0003001b 0021002d 0057696c 736f6eb9 e3d6ddca  .....!.-.Wilson.....
0000005CD387A0DC:   d0b0d7d4 c6c7f830 00100004 00000035 0f285e1a  .......0.......5.(^.
0000005CD387A0F0:   eb400b05 00000300 1b001f00 2b004a61 636bb9e3  .@..........+.Jack..
0000005CD387A104:   d6ddcad0 ccecbad3 c7f83000 10000100 000040f6  ..........0.......@.
0000005CD387A118:   1b571aeb 400b0500 0003001b 00210036 0057696c  .W..@........!.6.Wil
0000005CD387A12C:   736f6eb9 e3d6ddca d0b0d7d4 c6c7f8bb c6b1dfc2  son.................

可以看到有2個Wilson的記錄，因為更新的欄位比原來的長，原來地方放不下，在當前頁空閑的地方重新整條記錄複製過去，然後偏移量指向新的地址。實際上欄位變短了也會發生這種遷移。

這樣原來的地方就變成碎片。事實上索引頁的維護也是一樣道理。

3.DELETE

delete DataTable where Id = 2

3.1 查看Pag情況，用2，查看整個Page

3c001000  ................<...
0000005CD627A064:   02000000 40f61b57 1aeb400b 05000003 001b0020  [email protected]..@........ 
0000005CD627A078:   002c0041 6c696365 b1b1bea9 cad0b3af d1f4c7f8  .,.Alice............
0000005CD627A08C:   30001000 03000000 40f61b57 1aeb400b 05000003  0[email protected]..@.....

可以看到Alice這條記錄還存在頁上，原來行頭的4個標誌位從30001000 -> 3c001000

總結

其實資料庫如何存儲對平常開發沒什麼影響，只是無聊研究一下。

其實還是有點影響，我能想到如下，未必準確和完整。

1. 儘量選擇定長的欄位，例如狀態，類型這種欄位定義int

2. char 是用空間換時間，經常更新欄位且比較短的欄位可以考慮定義char

3. 超長的varchar欄位可以考慮不放在主表，不然一頁存不下，又會發生行溢出問題

4. 索引有利有弊，要儘量合理使用索引，特別是聚集索引，非常要謹慎使用。

轉發請標明出處：https://www.cnblogs.com/WilsonPan/p/12605299.html

示例代碼：https://github.com/WilsonPan/Net.Demos/tree/master/Demo.SQLTools


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