SQL Server 深入解析索引存储(聚集索引)

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概述

最近要分享一个课件就重新把这块知识整理了一遍出来，篇幅有点长，想要理解的透彻还是要上机实践。

聚集索引

--创建测试数据库
CREATE DATABASE Ixdata
GO
USE [Ixdata]
GO
---创建测试表
CREATE TABLE Orders
(ID INT PRIMARY KEY IDENTITY(1,1),
NAME CHAR(80)NOT NULL,
IDATE DATETIME NOT NULL DEFAULT(GETDATE())
);
GO
---插入1000条测试数据
DECLARE @ID INT=1
WHILE(@ID<=1000)
BEGIN
INSERT INTO Orders(NAME)VALUES('商品'+CONVERT(NVARCHAR(20),@ID))
SET @ID=@ID+1
END
GO
SELECT * FROM Orders
GO

分析新创建的表的页的信息

---显示跟踪标志的状态
DBCC TRACESTATUS

---开启跟踪标志
DBCC TRACEON(3604,2588)
--DBCC TRACEOFF(3604,2588)
---获取对象的数据页，结构：数据库、对象、显示
DBCC IND(Ixdata,Orders,-1)

/*
1：显示所有分页的信息，包括IAM分页,数据分页,所有存在的LOB分页和行溢出页,索引分页
-1： 显示所有IAM、数据分页、及指定对象上全部索引的索引分页.
-2： 显示指定对象的所有IAM分页
0:显示所有IAM、数据分页.
*/

DBCC IND的表结构

还可以通过另一种方法来测试：

SELECT DISTINCT so.name, so.object_id,i.name AS index_name,sp.index_id,internals.type_desc,internals.total_pages, internals.used_pages, internals.data_pages,first_iam_page,  first_page, root_page
FROM sys.objects so
INNER JOIN sys.partitions sp ON so.object_id = sp.object_id
INNER JOIN sys.allocation_units sa ON sa.container_id = sp.hobt_id
INNER JOIN sys.system_internals_allocation_units internals ON internals.container_id = sa.container_id
LEFT JOIN sys.indexes  i ON so.object_id=i.object_id AND sp.index_id=i.index_id
WHERE so.object_id = object_id('orders') 

最后三个字段分别是IAM页，根页，和第一个数据页；它们分别用16进制来表示，拿first_iam_page来分析，首先将编码从右往左一个字节接着一个字节反过来排行（0X代表16进制），结果就是0X,00 01,00 00 00 50;前两个字节代表文件组号，最后4个字节代表页号。16进制的0001转换成10进制就是1；16进制的00 00 00 50转换成10进制就是5*16的1次方=5*16=80，所以第一个数据页是4*16+15=79，根页是5*16+9=89 结果和前面的查询出来的结果是一样的。从表格的otal_pages,used_pages,data_pages得到的结果也和前面查询出来的结果是一致的，总分配了17个页，使用了15个页包括13个数据页+1个IAM页+1个索引页。

手绘一张当前表格的聚集索引体系结构图：

分析索引页

---DBCC page的格式为(数据库，文件id,页号，显示)
DBCC page(Ixdata,1,89,3)

分析结果89页下面的子页总共有13页，每页80条记录，89索引页记录了每页的的键值的最小值，第一页就是id为1-80,第二页81-160，所以当你要找ID为150的数据的时候直接就可以去第90页里面找了。

PAGE HEADER

分析数据页

通过这些数据我们基本上可以知道90页的基本情况了，包括它的字段长度，上一页、下一页，还有该页的所以记录（这里没有截图出来）.

插入20万条记录分析索引结构 

--插入20万条记录分析索引结构
DECLARE @ID INT=1
WHILE(@ID<=200000)
BEGIN
INSERT INTO Orders(NAME)VALUES('商品'+CONVERT(NVARCHAR(20),@ID))
SET @ID=@ID+1
END

CREATE TABLE Page
(
  PageFID         TINYINT,
  PagePID         INT,
  IAMFID          TINYINT,
  IAMPID          INT,
  ObjectID        INT,
  IndexID         TINYINT,
  PartitionNumber TINYINT,
  PartitionID     BIGINT,
  iam_chain_type  VARCHAR(30),
  PageType        TINYINT,
  IndexLevel      TINYINT,
  NextPageFID     TINYINT,
  NextPagePID     INT,
  PrevPageFID     TINYINT,
  PrevPagePID     INT
);
GO
INSERT INTO Page EXEC('DBCC IND(Ixdata,Orders,-1)')

---查询索引页
SELECT  [PageFID]
      ,[PagePID]
      ,[IAMFID]
      ,[IAMPID]
      ,[ObjectID]
      ,[IndexID]
      ,[PartitionNumber]
      ,[PartitionID]
      ,[iam_chain_type]
      ,[PageType]
      ,[IndexLevel]
      ,[NextPageFID]
      ,[NextPagePID]
      ,[PrevPageFID]
      ,[PrevPagePID]
  FROM [Ixdata].[dbo].[Page]
  WHERE PageType=2
  go
 select so.name, so.object_id, sp.index_id, internals.total_pages, internals.used_pages, internals.data_pages,first_iam_page,
 first_page, root_page
from sys.objects so
inner join sys.partitions sp on so.object_id = sp.object_id
inner join sys.allocation_units sa on sa.container_id = sp.hobt_id
inner join sys.system_internals_allocation_units internals on internals.container_id = sa.container_id
where so.object_id = object_id('orders') 

通过两种方法查询到的索引页的数量是一样的，下面的这种计算方法是2524-2513-1(IAM页)=10，其中807页是root_page页它在第二级，其它的是中间级索引页页就是第一级；页可以通过下面的16进制计算出来，IAM=5*16=80，ROOT_PAGE=3*16*16+2*16+7=807

再分析89页

---DBCC page的格式为(数据库，文件id,页号，显示)
DBCC page(Ixdata,1,89,3)

查询结果总共有269行，页就是269个数据页，orders表总共插入了201000条记录，一个页面存80条记录，就需要2513个页面和上面查询到的data_page是一样的。每个索引页存储269个数据页面就需要（‘select 2513*1.0/269’除不尽加1）10个索引页，查询最后一个索引页2698发现它还没分页共存储了361条记录，总共8*269+361=2513

手绘存储结构 

手绘的有点难看，但是意思差不多表达出来了。

大型对象 (LOB) 列

根据聚集索引中的数据类型，每个聚集索引结构将有一个或多个分配单元，将在这些单元中存储和管理特定分区的相关数据。每个聚集索引的每个分区中至少有一个 IN_ROW_DATA 分配单元。如果聚集索引包含大型对象 (LOB) 列，则它的每个分区中还会有一个 LOB_DATA 分配单元。如果聚集索引包含的变量长度列超过 8,060 字节的行大小限制，则它的每个分区中还会有一个 ROW_OVERFLOW_DATA 分配单元。

---创建测试表
CREATE TABLE Orderslob
(ID INT PRIMARY KEY IDENTITY(1,1),
NAME CHAR(80)NOT NULL,
Product NVARCHAR(MAX) NOT NULL,
IDATE DATETIME NOT NULL DEFAULT(GETDATE())
);
GO
---插入1000条测试数据
DECLARE @ID INT=1
WHILE(@ID<=1000)
BEGIN
INSERT INTO Orderslob(NAME,Product)VALUES(CONVERT(NVARCHAR(20),@ID)+'商品',REPLICATE(@ID,2))
SET @ID=@ID+1
END
--REPLICATE(@ID,200)
GO

DBCC IND(Ixdata,Orderslob,1)

--查看2719数据页的信息
DBCC page(Ixdata,1,2719,1)

结果记录了每一条记录的偏移量。

每个人在自己的电脑上面测试页面id会不一样，但是反应的结果是一样的。

总结

本来想全部写完的，等写完这部分的时候发现篇幅已经有点长了，而且自己也有的吃不消熬到1点才写完，接下来还有中下两部分会尽快在几天内写完，欢迎关注。

备注：

作者：pursuer.chen

博客：http://www.cnblogs.com/chenmh

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