[db tech showcase Sapporo 2015] A26:SQL Server Data Page Structure Deep Dive by 小澤真之(Microsoft MVP for SQL Server)

SQL Server Data Page Structure
Deep Dive
Masayuki Ozawa (@Masayuki_Ozawa)
A26

自己紹介
db tech showcase 20152
 関東でフリーランスエンジニアとして SQL Server の
データベースエンジン機能を使用した案件を中心に従事
 案件等で協力できることがありましたらお声掛けいただけると幸いです
 「SQL Server 現状診断」による SQL Server 稼働状況の報告書作成
 SQL Serverのオンサイト / オフサイトでの技術支援
 コミュニティやブログで SQL Server の情報を発信
 ブログ : SE の雑記 (http://blog.engineer-memo.com)
 Microsoft MVP for SQL Server (July 2011 - June 2016)
2015/9/11

本日の内容
2015/9/11db tech showcase 20153
 SQL Server Data Page Structure Deep Dive
 SQL Server のデータ格納領域についてのセッション
 行ストア
*
を例としたデータ格納の概念と
実際の実装を照らし合わせて確認
* 列ストア/インメモリテーブルは格納方法が異なる

データ領域の基本単位

SQL Server のデータ領域の基本単位
 ページ
 SQL Server の基本的なデータの格納単位
 Page = 8KB
 エクステント
 8KB ページを 8 個まとめた領域
 1 Extent = 8 Page = 64KB
 領域の拡張を行う場合はエクステントサイズで実施される
 通常は 64KB の拡張だが、オプション (-E) を指定することで 2MB 単位にすることが可能
 ページとエクステントのアーキテクチャ
 https://technet.microsoft.com/ja-jp/library/cc280360(v=sql.105).aspx

ページの基本構造 #1
ページヘッダ
データ
オフセット
8096 バイト
8192 バイト
96 バイト
レコード 1
レコード 2
レコード 3
123
行ごとの最大データ : 8,060 バイト
列ごとの最大データ : 8,000 バイト
以下のデータ型を利用した、行オーバーフローデータ(ポインターでデータをつなぐ)により、
行ごとの最大データ以上のデータを格納することも可能
(varchar /nvarchar / varbinary / sql_variant )
8 KB を超える場合の行オーバーフローデータ
https://technet.microsoft.com/ja-jp/library/ms186981(v=sql.105).aspx
ページヘッダ :
ページの管理情報
データ:
実レコードのデータ
オフセット:
レコードの位置を示す情報

ページの基本構造 #2
 各ページ間はリンク情報を持っており、自身の前後のページを把握す
ることができる。
 最初 / 最終のページについては前後のリンク情報が 0 となっている。
ページ #1 ページ #2 ページ #3
m_nextPage = 101
Page ID 100 Page ID 101 Page ID 102
m_prevPage = 0 m_nextPage = 102m_prevPage = 100
m_nextPage = 0m_prevPage = 101

エクステントの基本構造
 混合エクステント
 最初は混合エクステント内に格納され、8 ページを超えるデータが格納された
場合は、以降のデータは単一エクステントとして格納される。
 単一エクステント
 一つのオブジェクトの情報のみが格納されたエクステント
 -T 1118 は混合エクステントの利用を抑制するためのトレースフラグ
エクステント
テーブル A テーブル B テーブル C テーブル D
テーブル A テーブル B テーブル C テーブル D
エクステント
テーブル A テーブル A テーブル A テーブル A
テーブル A テーブル A テーブル A テーブル A

ページ / エクステントを確認する方法
 DBCC PAGE
 DBCC TRACEON (3604) を実行する必要がある
 How to use DBCC PAGE
http://blogs.msdn.com/b/sqlserverstorageengine/archive/2006/06/10/625659.aspx
 sys.dm_db_database_page_allocations
 SQL Server 2012 で追加された以下の情報を取得できる DMV
 DBCC IND
 DBCC EXTENTINFO
 Visualizing Index Fragmenation
http://blogs.msdn.com/b/timchapman/archive/2012/12/03/visualizing-index-fragmenation.aspx
 SQL SERVER 2012 – sys.dm_db_database_page_allocations – dynamic management function
http://raresql.com/2013/01/24/sql-server-2012-sys-dm_db_database_page_allocations-dynamic-management-function/

DEMO
ページとエクステントの基本構造

ページの種類

主要なページの種類
 Allocation Bitmap (Allocation Page)
 PFS : Page Free Space (ページの空き領域を管理)
 8,088 ページ (64MB) ごとに存在する
 GAM : Global Allocation Map (単一エクステントを管理)
 SGAM : Shared Global Allocation Map (混合エクステントを管理)
 DCM : Differential Changed Map (差分変更の管理情報)
 BCM : Bulk Changed Map (一括変更の管理情報)
 GAM / SGAM / DCM / BCM は 64,000 エクステント → 4GB 分の情報を管理
 IAM : Index Allocation Map (インデックスの割り当てを管理)
 Data Page
 Data Page : リーフレベルのデータページ
 Index Page : 階層構造のインデックスページ

Page Type
 ページの種類は Page Type という情報により管理されている
 1 - data page
 2 - index page
 3 , 4 - text pages
 8 - GAM page
 9 - SGAM page
 10 - IAM page
 11 - PFS page
 13 – Boot Page
 15 – File Header Page
 16 - DCM Page
 17 - BCM Page

データファイルの構造
 MDF (プライマリデータファイル)
 NDF (セカンダリデータファイル)
ページ番号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
種別
File
Header
Page
PFS GAM SGAM DCM BCM
Boot
Page
ページタイプ 15 11 8 9 16 17 13
ページ番号 0 1 2 3 4 5 6 7
種別
File
Header
Page
PFS GAM SGAM DCM BCM
ページタイプ 15 11 8 9 16 17

各ページの内容を確認
DEMO

インデックスの構造

クラスター化インデックスの構造
 クラスター化インデックスは階層構造のインデックス
 リーフにはデータを持つ
ルート
中間
リーフリーフ
中間
リーフリーフ

一意にならないクラスター化インデックス
 SQL Server ではデザイナーで主キーを設定すると、キー項目がクラスター化
インデックスとして設定される
 一意にならない列にクラスター化インデックスを設定するとどうなるか
 4 バイトの uniqueifer 列が自動的に設定され、内部的に同一データを一意に識別され
る値が付与されている
 クラスタ化インデックスの設計ガイドライン
 2,147,483,647 件、一意にならない同一のクラスター化インデックスキー(同一キー)のデータ
を挿入した例
 ヒープテーブルの場合は RID (Row ID) により、行を一意に識別できる
 RID : DatabaseID:FileID:PageID:Slot

非クラスター化インデックスの構造
 非クラスター化インデックスは階層構造のインデックス
 リーフにはインデックスキーのデータを持つ
 リーフにはインデックスキーのほかに行データへのリンクを持つ
ルート
中間
リーフリーフ
中間
リーフリーフ
行データ
行データへのリンク

インデックス構造の確認
DEMO

ページポインター
 レコード内に他のページへのポインターを持つことがある
 BLOB データ (行外データ)
 行内データ
 バージョニング情報
 ポインターを持つデータにアクセスした場合、複数ページのアクセスとなる
 行内データのアクセスコスト / 行外データのアクセスコスト
 timestamp から自身がアクセスすべき情報を取得
ページヘッダ
データ
オフセット
レコード 1 レコード 2
レコード 3
ページヘッダ
データ
オフセット
レコード 1 レコード 2
レコード 3

ページポインター
DEMO

断片化
 アクセス効率の低下
 ページ密度の低下
 FILL FACTOR とのトレードオフもある
 ページ連続性の低下
 シーケンシャルアクセス > ランダムアクセス
 ページの連続性の低下
 再構成 (REORGANIZE) / 再構築 (REBUILD)で解消
 エクステントの連続性の低下
 再構築で解消 (REBUILD)
50%
50%
50%
50%
100% ページ #1 ページ #2 ページ #3
Page ID 100 Page ID 890 Page ID 2000
50/50 分割ページ連続性の低下

参考)FILL FACTOR
 ページ内の空き領域を設定するための項目
 インデックスのメンテナンスをした際に設定された FILL FACTOR に応じて空き領域
を作り、新規のデータが挿入された場合のページ分割を抑制することができる
 インデックスのメンテナンスをした際に空き領域を生成する設定であり、通常の利用時に
は 100% データを格納する
 FILL FACTOR を設定することでデータ追加時の 50/50 分割の発生頻度を抑えることが
できるがページ密度が低下する
FILL FACOTR
設定なし (既定)
100%
20% の空き領域
FILL FACOTR
80%
インデックスメンテナンス後のページ密度

断片化
DEMO

最後に
さらに情報を知りたい方は
「Internals Deep Dive」
のキーワードで検索
海外の情報になりますが、
さらに詳細な情報を確認できます

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