再聊一下那 SQLSERVER 行不能跨頁的事

一線碼農發表於2023-01-01

一:背景

1. 講故事

上一篇寫完了之後,馬上就有朋友留言對記錄行的 8060byte 限制的疑惑,因為他的表記錄儲存了大量的文章,儲存文章的欄位型別用的是 nvarchar(max),長度很顯然是超過 8060byte 的,請問這個底層是怎麼破掉 8060byte 的限制的?

說實話這是一個好問題,本質上來說 8060byte 的限制肯定是不能破掉的,如果讓我處理的話肯定是將文章的資料分攤在多個資料頁上, 那是不是如我所想呢? 我們觀察一下就好。

二:觀察大欄位資料的佈局

1. 對 nvarchar(max) 的理解

玩過 sqlserver 的朋友都知道,新一代的 sqlserver 版本已經用 varchar(max)nvarchar(max) 替代了早期的 textntext,理論上這種型別最大可儲存 2 的 31 次方 - 1, 大概就是 2G,接下來我們像 nvarchar(max) 插入 1w 個字元,大概 20k 的資料,向上取整的話應該會用 3 個資料頁來承載,測試程式碼如下:


USE MyTestDB
GO
CREATE TABLE t7 (a INT IDENTITY, b NVARCHAR(MAX))
GO

INSERT INTO t7 VALUES(REPLICATE(CAST( 'x' AS NVARCHAR(max)),10000))

SELECT LEN(b) FROM t7;

DBCC TRACEON(3604)
DBCC IND(MyTestDB,t7,-1)

從圖中看居然有 4 個資料頁,這就很奇怪了,等一會我們再解惑,先來簡單看一下,一個是 In-row data,也叫做行內資料,是一個普通資料頁,三個是 LOB data ,即大值資料( Large Object Data ),這是一種專門的LOB資料頁,看樣子這 1w 個 x 應該是分攤到這 3 個 LOB data 資料頁上,是不是這樣我們用 DBCC PAGE 把四個資料頁的內容匯出來看一看便知。


PAGE: (1:464)

Page @0x00000175CBB46000

m_pageId = (1:464)                  m_headerVersion = 1                 m_type = 1
m_typeFlagBits = 0x0                m_level = 0                         m_flagBits = 0x8000
m_objId (AllocUnitId.idObj) = 202   m_indexId (AllocUnitId.idInd) = 256 
Metadata: AllocUnitId = 72057594051166208                                
Metadata: PartitionId = 72057594044022784                                Metadata: IndexId = 0
Metadata: ObjectId = 1637580872     m_prevPage = (0:0)                  m_nextPage = (0:0)
pminlen = 8                         m_slotCnt = 1                       m_freeCnt = 8031
m_freeData = 159                    m_reservedCnt = 0                   m_lsn = (38:2936:61)
m_xactReserved = 0                  m_xdesId = (0:0)                    m_ghostRecCnt = 0
m_tornBits = 0                      DB Frag ID = 1        

DATA:

000000482E3F8000:   01010000 00800001 00000000 00000800 00000000  ....................
000000482E3F8014:   00000100 ca000000 5f1f9f00 d0010000 01000000  ........_...........
...
000000482E3F808C:   01000001 00000020 4e0000c8 01000001 00000000  ....... N...........
000000482E3F80A0:   00007800 78007800 78007800 78007800 78007800  ..x.x.x.x.x.x.x.x.x.
000000482E3F80B4:   78007800 78007800 78007800 78007800 78007800  x.x.x.x.x.x.x.x.x.x.
...
000000482E3F9FCC:   78007800 78007800 78000000 21212121 21212121  x.x.x.x.x...!!!!!!!!
000000482E3F9FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000482E3F9FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

OFFSET TABLE:

Row - Offset                        
0 (0x0) - 96 (0x60)   


PAGE: (1:456)
DATA:
Memory Dump @0x00000048355F8000

000000483A478000:   01030000 00800001 00000000 00000000 00000000  ....................
000000483A478014:   00000100 cb000000 4010be0f c8010000 01000000  ........@...........
000000483A478028:   26000000 780b0000 24000000 00000000 00000000  &...x...$...........
000000483A47803C:   00000000 01000000 00000000 00000000 00000000  ....................
000000483A478050:   00000000 00000000 00000000 00000000 08005e0f  ..................^.
000000483A478064:   0000f306 00000000 03007800 78007800 78007800  ..........x.x.x.x.x.
...
000000483A479FA4:   00780078 00780078 00780000 00626262 62626262  .x.x.x.x.x...bbbbbbb
000000483A479FB8:   62626262 62626262 62626262 62626262 62626262  bbbbbbbbbbbbbbbbbbbb
000000483A479FCC:   62626262 62626262 62626262 62020000 00002121  bbbbbbbbbbbbb.....!!
000000483A479FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000483A479FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

PAGE: (1:457)
DATA:
Memory Dump @0x000000483BA78000

000000483BA78000:   01030000 00800001 00000000 00000000 00000000  ....................
000000483BA78014:   00000100 cb000000 2800d61f c9010000 01000000  ........(...........
...
000000482EDF8050:   00000000 00000000 00000000 00000000 0800761f  ..................v.
000000482EDF8064:   0000f306 00000000 03007800 78007800 78007800  ..........x.x.x.x.x.
000000483BA79FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000483BA79FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

PAGE: (1:458)
DATA:
Memory Dump @0x000000483BA78000
...
000000483BA78050:   00000000 00000000 00000000 00000000 0800761f  ..................v.
000000483BA78064:   0000f306 00000000 03007800 78007800 78007800  ..........x.x.x.x.x.
...
000000483BA79FCC:   78007800 78007800 78000000 21212121 21212121  x.x.x.x.x...!!!!!!!!
000000483BA79FE0:   21212121 21212121 21212121 21212121 21212121  !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
000000483BA79FF4:   21212121 21212121 21216000                    !!!!!!!!!!`.

我相信有很多朋友很奇怪,為什麼 464 號 資料頁也有大量的 x, 其實這些 x 算是垃圾資料,可以從 m_freeCnt = 8031 上便知,這個欄位表示當前資料頁的 Free 空間,所以那 1w 個 x 都被 LOB 資料頁吃掉了,這和文章開頭的推測是一致的。

到這裡算是解決了朋友的這個疑問,但你如果想打破沙鍋問到底的話,肯定想知道這 4 個資料頁在 記憶體中是如何組織的,或者說如何串聯的? 接下來我們好好聊一聊。

2. 4 個資料頁是如何組織的

觀察 464號 資料頁是如何與 LOB 資料頁 發生關係的?這個就考驗基礎知識了,在真正的行資料之前記錄了一個 FID : PID : SID 的記憶體儲存,即:檔案ID : 資料頁ID : 槽位ID,可以用 WinDbg 來觀察。


0:125> dp 000000482E3F8000+0x60+0x7
00000048`2e3f8067  803f0001`78000200 00000001`35000004
00000048`2e3f8077  00001f68`000006f3 00000001`000001c9
00000048`2e3f8087  000001ca`00003ed0 00004e20`00000001
00000048`2e3f8097  00000001`000001c8 78007800`78000000
00000048`2e3f80a7  78007800`78007800 78007800`78007800
00000048`2e3f80b7  78007800`78007800 78007800`78007800
00000048`2e3f80c7  78007800`78007800 78007800`78007800
00000048`2e3f80d7  78007800`78007800 78007800`78007800

簡單解釋一下: 000000482E3F8000 是資料頁在記憶體中的首地址, 000000482E3F8000+0x60 是資料頁內第一個記錄的地址,再加上 +0x7 是為了記憶體地址對齊。

仔細觀察記憶體地址 000000482e3f8097 上的內容是 00000001 000001c8,它就對應著 SID (2byte), FID (2byte) ,PID (4byte) ,那 PID=0x000001c8 是多少呢?可以用 WinDbg 算一下是 456 號 資料頁。


0:125> ? 0x1c8
Evaluate expression: 456 = 00000000`000001c8

按照這個理論繼續往前看記憶體地址,你會發現 00000001000001c900000001000001ca,對應著 457 號資料頁458 號資料頁

到這裡腦子裡就有了一張圖,大概像下面這樣。

三:總結

經過本篇的分析,大家知道了 SQLSERVER 會用專門的 LOB資料頁 來儲存這些大欄位,由於資料被拆分到多個資料頁上,這讓 select 操作多了更多的邏輯,也會造成 C++ 程式碼多次在 LOB 資料頁上游走,給查詢效能增加了巨大的開銷。

比如下面的 SQL 查詢。


SET STATISTICS IO ON
SELECT * FROM t7;
SET STATISTICS IO OFF

可以發現在 LOB 資料頁上游走了 7 次,再加 2 條資料觀察下。


INSERT INTO t7 VALUES(REPLICATE(CAST( 'y' AS NVARCHAR(max)),10000))
INSERT INTO t7 VALUES(REPLICATE(CAST( 'z' AS NVARCHAR(max)),10000))

SET STATISTICS IO ON
SELECT * FROM t7;
SET STATISTICS IO OFF

這次由 7 次變成了 23 次,總的來說還是儘量不要將大欄位存放在資料庫吧。

相關文章