SQL Server Page結構深入分析

SQL Server存儲數據的基本單元是Page，每一個Page的大小是8KB，數據文件是由Page構成的。在同一個數據庫上，每一個Page都有一個唯一的資源標識，標識符由三部分組成：db_id,file_id,page_id，例如，15:1:8733，15是數據庫的ID，1是數據文件的ID，8733是Page的編號，Page的編號從0依次遞增。8個連續的Page組成一個區（Extent），數據文件中已分配（Allocated）的空間被分割成區的整數倍。一次磁盤IO操作作用于Page級別，而空間分配的最小單元是區。

Page是用于存儲數據的，不同類型的Page存儲的數據是不同的，Page的結構也是不同的。有些Page是用于存儲數據的，叫做Data Page，有些Page是用于存儲索引結構中的中間節點的，叫做Index Page，有些Page是SQL Server存儲引擎使用的，用于管理Page的，叫做系統頁。本文關注的是Data Page和Index Page，跟數據表有關。

日志文件沒有Page結構，它是由一系列的日志記錄構成的。

一，Page的結構

每一個Page都由 頭部（Header），內容（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Page的編號，Page的類型，分配單元（Allocation Unit）等系統信息。注：在單個Page中最多存儲8060Bytes的數據。

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

數據行存儲在Page Header之后，數據行在Page中的物理存儲是無序的，行的邏輯順序是由行偏移（Row Offset）確定的，行偏移存儲在Page的末尾，每一個行偏移是一個Slot，占用2B。行偏移連續排列在Page的末尾，稱作槽數組（Slot Array）。行偏移以倒序方式存儲行的偏移量，這意味著，從Page末尾向Page 開頭計數，第一行的偏移量存儲在Page的末尾Slot中，第二行的偏移量存儲在Page末尾的第二個Slot中。

二，查看Page頭部信息

Page頭部信息存儲的是Page的系統信息，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：file_id是數據庫文件的ID；page_number是Page在當前文件中的編號；print_option是指打印信息的詳細程度，默認值是0，只打印Page Header。

例如，查看資源標識符：15:1:8777733 Page的頭部信息：

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

在我的數據庫中，該Page的頭部信息（移除Buffer的數據）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 頭部中各個字段的含義：

1，Page的編號

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

2，Page的類型

m_type = 1，Page的類型，常見的類型是數據頁和索引頁：

1 – data page，用于表示：堆表或聚集索引的葉子節點
2 – index page，用于表示：聚集索引的中間節點或者非聚集索引中所有級別的節點
其他Page類型（系統頁是管理Page的Page，例如，GAM，IAM等）如下：

3 – text mix page，4 – text tree page，用于存儲類型為文本的大對象數據
7 – sort page，用于存儲排序操作的中間數據結果
8 – GAM page，用于存儲全局分配映射數據GAM(Global Allocation Map），每一個數據文件被分割成4GB的空間塊（Chunk），每一個Chunk都對應一個GAM數據頁，GAM數據頁出現在數據文件特定的位置處，一個bit映射當前Chunk中的一個區。
9 – SGAM page，用于存儲SGAM頁(Shared GAM）
10 – IAM page，用于存儲IAM頁（Index Allocation Map）
11 – PFS page，用于存儲PFS頁（Page Free Space）
13 – boot page，用于存儲數據庫的信息，只有一個Page，Page的標識符是：db_id:1:9，
15 – file header page，存儲數據文件的數據，數據庫的每一個文件都有一個，Page的編號是0。
16 – diff map page，存儲差異備份的映射，表示從上一次完整備份之后，該區的數據是否修改過。
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，該區的數據是否被修改過，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在索引中的級數

數據頁在索引中的索引級數，m_level=0，表示處于Leaf Level。

對于堆表（Heap），m_level=0表示的是Data Page；
對于聚集索引，m_level=0表示的是Data Page；
對于非聚集索引，m_level=0表示的是葉子節點

4, Page的元數據

Page的元數據十分重要，不僅能夠查看處Page所在的Object，甚至能夠查看該Page所在的分配單元和分區ID，在死鎖進行故障排除時十分有用

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

由于數據表的Page并不是單獨存在的，而是通過雙向鏈式結構連接在一起的，

m_prevPage = (1:8777732) ：用于表示前一個page (FileID : PageID)
m_nextPage = (1:8777734)　　：用于表示下一個page (FileID:PageID)

6, 其他頭部字段

m_slotCnt = 2 ：頁面中Slot的數量，用于Page中存儲的數據行數
m_freeCnt = 4513　 ：頁面中剩余的空間，單位是字節，還剩83字節的空間　
m_reservedCnt = 0 ：為活動事務保留的存儲空間，單位是字節
m_ghostRecCnt = 0 ：頁面中存在的幽靈記錄的總數（ghost record count）
關于Page頭部的信息，可以閱讀《Inside the Storage Engine: Anatomy of a page》；

三，利用Page的元數據排除死鎖

Page的元數據包含分區ID，索引ID和對象ID，用戶可以使用這些元數據，分析死鎖產生的原因。系統追蹤到產生死鎖的資源，可能是一個Page的資源標識符，如果能夠確認發生死鎖是由于數據表或索引的分區不合理導致的，那么可以重新設置分區列，或者設置分區邊界值，把單個分區拆分成多個分區，這樣就能把競爭的臨界資源分配到不同的分區中，避免查詢請求對資源的競爭，進而減少死鎖的發生。

Metadata: PartitionId ，該Page所在的分區的分區ID（partition_id）；
Metadata: IndexId ，該Page所在索引ID；
Metadata: ObjectId，用于表示對象的object_id；