SQL Server 数据库的一些基本概念

1.区:

区是SQL Server 中管理空间的基本单位。

一个区是八个物理上连续的页(即 64 KB), 所有页都存储在区中, 这意味着 SQL Server 数据库中每 MB 有 16 个区。 一旦一个区段已满, 下一条数据Sql server将分配一个区段空间, 防止每次添加都要分配空间.

2.页(Page):

页是SQL Server 中数据存储的基本单位, 它是区段的分配单元, 一页8K, 它下面就是数据行了, 但每页的行数不定, 这取决于数据行的大小.

数据库中的数据文件(.mdf 或 .ndf)分配的磁盘空间可以从逻辑上划分成页(从 0 到 n 连续编号)。磁盘 I/O 操作在页级执行。也就是说,SQL Server 每次读取或写入数据的最少数据单位是数据页。

每页的开头是 96 字节的标头,用于存储有关页的系统信息。此信息包括页码、页类型、页的可用空间以及拥有该页的对象的分配单元 ID。

在 SQL Server 中,页的大小为 8 KB。这意味着 SQL Server 数据库中每 MB 有 128 页。依次类推。根据数据库的文件大小,我们可以算出数据库有多少数据页。

3.页的类型: 数据页, 索引页, Blob页等等.

4.行: 因为行存于页中,因此, 一行的大小通常最多8K(8060字符, 一页的上限), 一行最大列数为1024列(字段).
如果是varchar(max), text, image时, 可以跨越多页, 一行最大2GB, 此时, 原始的行用来存放指针及其它列.

5.全文目录: 虽然和sql server在一起, 但实际上该目录是独立存放在磁盘上的.

6.索引: 是与表或视图关联的磁盘上的结构,可以加快从表或视图中检索行的速度。

它包含由表或视图中的一列或多列生成的键。这些键存储在一个结构(B 树)中,使 SQL Server 可以快速有效地查找与键值关联的行。

7.索引的类型:聚集, 非聚集.

另外还有唯一索引, 唯一索引确保索引键不包含重复的值,因此,表或视图中的每一行在某种程度上是唯一的。

聚集索引和非聚集索引都可以是唯一索引。

8.聚集索引: 根据数据行的键值在表或视图中排序和存储这些数据行。

每个表只能有一个聚集索引,因为数据行本身只能按一个顺序排序。

只有当表包含聚集索引时,表中的数据行才按排序顺序存储。如果表具有聚集索引,则该表称为聚集表。

如果表没有聚集索引,则其数据行存储在一个称为堆的无序结构中。

即聚集表是有聚集索引的表,堆是没有聚集索引的表。

索引视图与聚集表具有相同的存储结构。

聚集索引的叶节点就是实际的数据页。

聚集索引的平均大小大约为表大小的5%左右。

9.非聚集索引:

每个表最多可以有249个非聚集索引.

10.索引的维护:每当修改了表数据后,都会自动维护表或视图的索引。

11.索引和约束: 对表列定义了 PRIMARY KEY 约束和 UNIQUE 约束时,会自动创建索引。

下面摘自MSDN:

页和区

SQL Server 中数据存储的基本单位是页。为数据库中的数据文件(.mdf 或 .ndf)分配的磁盘空间可以从逻辑上划分成页(从 0 到 n 连续编号)。磁盘 I/O 操作在页级执行。也就是说,SQL Server 读取或写入所有数据页。

区是八个物理上连续的页的集合,用来有效地管理页。所有页都存储在区中。

在 SQL Server 中,页的大小为 8 KB。这意味着 SQL Server 数据库中每 MB 有 128 页。每页的开头是 96 字节的标头,用于存储有关页的系统信息。此信息包括页码、页类型、页的可用空间以及拥有该页的对象的分配单元 ID。

下表说明了 SQL Server 数据库的数据文件中所使用的页类型。

页类型 内容
Data text in row 设置为 ON 时,包含除 text ntextimagenvarchar(max)varchar(max)varbinary(max)xml 数据之外的所有数据的数据行。
Index 索引条目。
Text/Image 大型对象数据类型:

  • text ntextimagenvarchar(max)varchar(max)varbinary(max)xml 数据。

数据行超过 8 KB 时为可变长度数据类型列:

  • varcharnvarcharvarbinarysql_variant
Global Allocation Map、Shared Global Allocation Map 有关区是否分配的信息。
Page Free Space 有关页分配和页的可用空间的信息。
Index Allocation Map 有关每个分配单元中表或索引所使用的区的信息。
Bulk Changed Map 有关每个分配单元中自最后一条 BACKUP LOG 语句之后的大容量操作所修改的区的信息。
Differential Changed Map 有关每个分配单元中自最后一条 BACKUP DATABASE 语句之后更改的区的信息。
注意
日志文件不包含页,而是包含一系列日志记录。

在数据页上,数据行紧接着标头按顺序放置。页的末尾是行偏移表,对于页中的每一行,每个行偏移表都包含一个条目。每个条目记录对应行的第一个字节与页首的距离。行偏移表中的条目的顺序与页中行的顺序相反。

具有行偏移的 SQL Server 数据页

大型行支持

行不能跨页,但是行的部分可以移出行所在的页,因此行实际可能非常大。页的单个行中的最大数据量和开销是 8,060 字节 (8 KB)。但是,这不包括用 Text/Image 页类型存储的数据。包含 varcharnvarcharvarbinarysql_variant 列的表不受此限制的约束。当表中的所有固定列和可变列的行的总大小超过限制的 8,060 字节时,SQL Server 将从最大长度的列开始动态将一个或多个可变长度列移动到 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元中的页。每当插入或更新操作将行的总大小增大到超过限制的 8,060 字节时,将会执行此操作。将列移动到 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元中的页后,将在 IN_ROW_DATA 分配单元中的原始页上维护 24 字节的指针。如果后续操作减小了行的大小,SQL Server 会动态将列移回到原始数据页。有关详细信息,请参阅行溢出数据超过 8 KB

区是管理空间的基本单位。一个区是八个物理上连续的页(即 64 KB)。这意味着 SQL Server 数据库中每 MB 有 16 个区。

为了使空间分配更有效,SQL Server 不会将所有区分配给包含少量数据的表。SQL Server 有两种类型的区:

  • 统一区,由单个对象所有。区中的所有 8 页只能由所属对象使用。
  • 混合区,最多可由八个对象共享。区中八页的每页可由不同的对象所有。

通常从混合区向新表或索引分配页。当表或索引增长到 8 页时,将变成使用统一区进行后续分配。如果对现有表创建索引,并且该表包含的行足以在索引中生成 8 页,则对该索引的所有分配都使用统一区进行。

混合区和统一区

行内数据

小到中等大小的大值类型(varchar(max)nvarchar(max)varbinary(max)xml)和大型对象 (LOB) 数据类型(textntextimage)都可以存储在数据行中。该行为可以通过在 sp_tableoption 系统存储过程中使用以下两个选项来控制:用于大值类型的 large value types out of row 选项,以及用于大型对象类型的 text in row 选项。这两个选项最适用于这样的表:其中上述任意一种数据类型的数据值通常在一个单元中读/写,并且引用表的大多数语句都将引用此类数据。在行内存储的数据不一定有用,这取决于使用情况或工作负荷特征。

除非 text in row 选项设置为 ON 或特定的行内限制,否则 textntextimage 字符串都将是在数据行外存储的大型字符或二进制字符串(最多 2 GB)。数据行只包括一个 16 字节的文本指针,该指针指向一个内部指针构成的树的根节点。这些指针映射存储字符串片段的页。有关 textntextimage 字符串存储的详细信息,请参阅使用 Text 和 Image 数据

可以为包含 LOB 数据类型列的表设置 text in row 选项。还可以指定 text in row 选项限制,范围从 24 到 7,000 字节。

同样,除非 large value types out of row 选项设置为 ON,否则会尽可能将 varchar(max)nvarchar(max)varbinary(max)xml 列存储在数据行内。如果如此设置,则可以的话 SQL Server 数据库引擎将尝试容纳此特定值,否则会将其推到行外。如果 large value types out of row 设置为 ON,则上述值将存储在行外而只有 16 字节的文本指针存储在记录中。

注意
large value types out of row 设置为 OFF 时,用于大型值数据类型的最大行内存储量设置为 8,000 字节。与 text in row 选项不同,您不能指定表中列的行内限制。

将表配置为直接在数据行中存储大型值类型或大型对象数据类型时,如果存在以下情况之一,实际的列值都将存储在行内:

  • 字符串的长度小于为 textntextimage 列指定的限制值。
  • 数据行中有足够的可用空间容纳字符串。

当大型值类型或大型对象数据类型列值存储在数据行中时,数据库引擎不必访问单独的页或页集来读/写字符或二进制字符串。这便使读/写行内字符串的速度与读/写大小受限制的 varcharnvarcharvarbinary 字符串的速度大致一样。同样,当值存储在行外时,数据库引擎将引发读/写附加页。

对于大型对象数据类型,如果存储字符串所需的空间比 text in row 选项限制或行中的可用空间大,则本应存储在指针树根节点中的指针集将存储在行中。如果存在以下情况之一,指针将存储在行中:

  • 存储指针所需的空间量比 text in row 选项限制指定的空间量小。
  • 数据行中有足够的可用空间容纳指针。

当指针从根节点移至行本身时,数据库引擎不需要使用根节点。这样便可以在读/写字符串时不必访问页。从而可以提高性能。

如果使用根节点,它们将存储为 LOB 页中的一个字符串片段,并且最多可以包含 5 个内部指针。数据库引擎需要行具有 72 字节的空间来存储行内字符串的五个指针。如果 text in row 选项为 ON 或 large value types out of row 选项为 OFF 时行中没有足够的空间来容纳指针,数据库引擎可能必须分配一个 8K 的页来容纳它们。如果值的数据长度超过 40,200 字节,则需要 5 个以上的行内指针,此时只有 24 字节存储在主行中,而其他数据页被分配在 LOB 存储空间中。

当大型字符串存储在行中时,它们将与可变长度字符串的存储方式相似。数据库引擎将对列按大小以降序排序,并将值推到行外,直到剩余的列容纳在数据页 (8K) 中。

行溢出数据超过 8 KB

一个表中的每一行最多可以包含 8,060 字节。在 SQL Server 2008 中,对于包含 varcharnvarcharvarbinarysql_variant 或 CLR 用户定义类型列的表,可以放宽此限制。其中每列的长度仍必须在 8,000 字节的限制内,但是它们的总宽可以超过 8,060 字节的限制。创建和修改 varcharnvarcharvarbinarysql_variant 或 CLR 用户定义类型的列以及更新或插入数据时,此限制适用于上述列。

当合并每行超过 8060 字节的 varcharnvarcharvarbinarysql_variant 或 CLR 用户定义类型的列时,请注意下列事项:

  • 超过 8,060 字节的行大小限制可能会影响性能,因为 SQL Server 仍保持每页 8 KB 的限制。当合并 varcharnvarcharvarbinarysql_variant 或 CLR 用户定义类型的列超过此限制时,SQL Server 数据库引擎 将把最大宽度的记录列移动到 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元的另一页上,而在原始页上保留一个 24 字节指针。如果更新操作使记录变长,大型记录将被动态移动到另一页。如果更新操作使记录变短,记录可能会移回 IN_ROW_DATA 分配单元中的原始页。此外,执行查询和其他选择操作(例如,对包含行溢出数据的大型记录进行排序或合并)将延长处理时间,因为这些记录将同步处理,而不是 异步处理。因此,当要设计的表中包含多个 varcharnvarcharvarbinarysql_variant 或 CLR 用户定义类型的列时,请考虑可能溢出的行的百分比,以及可能查询这些溢出数据的频率。如果可能需要经常查询行溢出数据中的许多行,请考虑对表格进行规范化处理,以使某些列移动到另一个表中。然后可以在异步 JOIN 操作中执行查询。
  • 对于 varcharnvarcharvarbinarysql_variant 或 CLR 用户定义类型的列,单个列的长度仍然必须在 8000 字节的限制之内。只有它们的合并长度可以超过表的 8060 字节的行限制。
  • 其他数据类型列的和(包括 charnchar 数据)必须在 8,060 字节的行限制之内。大型对象数据也不受 8,060 字节行限制的制约。
  • 聚集索引的索引键不能包含在 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元中具有现有数据的 varchar 列。如果对 varchar 列创建了聚集索引,并且在 IN_ROW_DATA 分配单元中存在现有数据,则对该列执行的将数据推送到行外的后续插入或更新操作将会失败。有关分配单元的详细信息,请参阅表组织和索引组织
  • 可以包括包含行溢出数据的列,作为非聚集索引的键列或非键列。
  • 对 于使用稀疏列的表,记录大小限制为 8,018 字节。转换后的数据加上现有记录数据超过 8,018 字节时,会返回 MSSQLSERVER ERROR 576。列在稀疏和非稀疏类型之间转换时,数据库引擎会保留当前记录数据的副本。这样,记录所需的存储会临时加倍。
  • 若要获得有关可能包含行溢出数据的表或索引的信息,请使用 sys.dm_db_index_physical_stats 动态管理函数。

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