SQL Server Page结构深入分析

sql server存储数据的基本单元是page，每一个page的大小是8kb，数据文件是由page构成的。在同一个数据库上，每一个page都有一个唯一的资源标识，标识符由三部分组成：db_id,file_id,page_id，例如，15:1:8733，15是数据库的id，1是数据文件的id，8733是page的编号，page的编号从0依次递增。8个连续的page组成一个区（extent），数据文件中已分配（allocated）的空间被分割成区的整数倍。一次磁盘io操作作用于page级别，而空间分配的最小单元是区。

page是用于存储数据的，不同类型的page存储的数据是不同的，page的结构也是不同的。有些page是用于存储数据的，叫做data page，有些page是用于存储索引结构中的中间节点的，叫做index page，有些page是sql server存储引擎使用的，用于管理page的，叫做系统页。本文关注的是data page和index page，跟数据表有关。

日志文件没有page结构，它是由一系列的日志记录构成的。

一，page的结构

每一个page都由 头部（header），内容（content）和行偏移量（offset）组成，头部是在page的开始处，占用96bytes，用于存储page的编号，page的类型，分配单元（allocation unit）等系统信息。注：在单个page中最多存储8060bytes的数据。

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

数据行存储在page header之后，数据行在page中的物理存储是无序的，行的逻辑顺序是由行偏移（row offset）确定的，行偏移存储在page的末尾，每一个行偏移是一个slot，占用2b。行偏移连续排列在page的末尾，称作槽数组（slot array）。行偏移以倒序方式存储行的偏移量，这意味着，从page末尾向page 开头计数，第一行的偏移量存储在page的末尾slot中，第二行的偏移量存储在page末尾的第二个slot中。

二，查看page头部信息

page头部信息存储的是page的系统信息，可以使用非正式的命令来查看：

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

参数：file_id是数据库文件的id；page_number是page在当前文件中的编号；print_option是指打印信息的详细程度，默认值是0，只打印page header。

例如，查看资源标识符：15:1:8777733 page的头部信息：

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

在我的数据库中，该page的头部信息（移除buffer的数据）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 头部中各个字段的含义：

1，page的编号

m_pageid = (1:8777733)，该page所在的file id 和page id

2，page的类型

m_type = 1，page的类型，常见的类型是数据页和索引页：

1 – data page，用于表示：堆表或聚集索引的叶子节点
2 – index page，用于表示：聚集索引的中间节点或者非聚集索引中所有级别的节点
其他page类型（系统页是管理page的page，例如，gam，iam等）如下：

3 – text mix page，4 – text tree page，用于存储类型为文本的大对象数据
7 – sort page，用于存储排序操作的中间数据结果
8 – gam page，用于存储全局分配映射数据gam(global allocation map），每一个数据文件被分割成4gb的空间块（chunk），每一个chunk都对应一个gam数据页，gam数据页出现在数据文件特定的位置处，一个bit映射当前chunk中的一个区。
9 – sgam page，用于存储sgam页(shared gam）
10 – iam page，用于存储iam页（index allocation map）
11 – pfs page，用于存储pfs页（page free space）
13 – boot page，用于存储数据库的信息，只有一个page，page的标识符是：db_id:1:9，
15 – file header page，存储数据文件的数据，数据库的每一个文件都有一个，page的编号是0。
16 – diff map page，存储差异备份的映射，表示从上一次完整备份之后，该区的数据是否修改过。
17 – ml map page，表示从上一次备份之后，在大容量日志（bulk-logged）操作期间，该区的数据是否被修改过，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在索引中的级数

数据页在索引中的索引级数，m_level=0，表示处于leaf level。

对于堆表（heap），m_level=0表示的是data page；
对于聚集索引，m_level=0表示的是data page；
对于非聚集索引，m_level=0表示的是叶子节点

4, page的元数据

page的元数据十分重要，不仅能够查看处page所在的object，甚至能够查看该page所在的分配单元和分区id，在死锁进行故障排除时十分有用

metadata: allocunitid =72057595905900544，该page所在的分配单元id（allocation_unit_id）
metadata: partitionid =72057594059423744，该page所在的分区的分区id（partition_id）
metadata: indexid = 1，该page所在的索引id
metadata: objectid = 1029578706，用于表示page所属对象的object_id
5，page的链指针

由于数据表的page并不是单独存在的，而是通过双向链式结构连接在一起的，

m_prevpage = (1:8777732) ：用于表示前一个page (fileid : pageid)
m_nextpage = (1:8777734)　　：用于表示下一个page (fileid:pageid)

6, 其他头部字段

m_slotcnt = 2 ：页面中slot的数量，用于page中存储的数据行数
m_freecnt = 4513　 ：页面中剩余的空间，单位是字节，还剩83字节的空间　
m_reservedcnt = 0 ：为活动事务保留的存储空间，单位是字节
m_ghostreccnt = 0 ：页面中存在的幽灵记录的总数（ghost record count）
关于page头部的信息，可以阅读《inside the storage engine: anatomy of a page》；

三，利用page的元数据排除死锁

page的元数据包含分区id，索引id和对象id，用户可以使用这些元数据，分析死锁产生的原因。系统追踪到产生死锁的资源，可能是一个page的资源标识符，如果能够确认发生死锁是由于数据表或索引的分区不合理导致的，那么可以重新设置分区列，或者设置分区边界值，把单个分区拆分成多个分区，这样就能把竞争的临界资源分配到不同的分区中，避免查询请求对资源的竞争，进而减少死锁的发生。

metadata: partitionid ，该page所在的分区的分区id（partition_id）；
metadata: indexid ，该page所在索引id；
metadata: objectid，用于表示对象的object_id；