SQL Server儲存引擎

一、遍曆

索引樹的每個節點都是一個頁面。

索引樹有三種類型的節點：根節點、中間節點、葉子節點。

(1) 根節點與中間節點一樣，只包含下一層節點的入口值與入口指標，它們稱為索引節點；

(2) 葉子節點包含要遍曆的資料，對叢集索引而言資料就是表中資料行，對非叢集索引資料是指索引列值和行書籤。

索引的遍曆總是從根節點開始，即先根遍曆，分為兩種：索引掃描和索引尋找。

(1) 索引掃描，是指從索引樹的根節點開始，對葉子節點逐個掃描，直至命中所有滿足尋找條件的資料；

(2) 索引尋找，是指從索引樹的根節點開始，按尋找值在索引節點中根據路由資訊跳轉，直至葉子節點以命中資料。

B+樹的深度通常小於等於3，計算如下：

以叢集索引為例，簡單計算如下：10個INT列寬度總和為40B，假設叢集索引樹每一層為二叉，共三層，即2^0+2^1+2^2=1*(1-2^3)/(1-2)=7個頁面，4個葉子節點，每個頁面8060K可儲存8060000/40=201500行，乘以4=806000行，如果是三叉、四叉，那麼三層可儲存上千萬至億行的資料，當然在資料量達到這個等級時，通常我們會選擇表分區，那麼B樹深度就更不會突破三層了。

所以索引尋找的效率是很高的，在查詢中應該努力構造索引尋找，避免索引掃描。

二、插入

2.1、頁空間充足

在已存在資料的表上，建立或重建索引時，可指定填滿因數，即在索引樹的每個節點上預留一定的空間，供表中後續增加的資料使用。但如果在建立表的時候就建立了索引，並指定了填滿因數，這時的填滿因數是無用的，資料庫系統不會刻意去保留頁面的空間。

索引頁面有剩餘空間的情況如：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/131228/223KJJ1-0.jpg" style="float:none;" title="6.1_query.jpg" data-pinit="registered" />

圖1

參考圖1，此時向索引樹中插入一條索引索引值為31的記錄，步驟如下：

1）執行索引索引值=31的尋找操作，確定該新記錄應該插入到葉子節點L2中。

2）檢查L2上是否有足夠的空間來存放目前記錄，這裡假設有足夠的空間；

3）將記錄45向後移動，插入索引索引值為31的新記錄。插入之後，10、30、31、45還是順序的，如：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/131228/223KH0F-1.jpg" style="float:none;" title="6.2_insert1.jpg" data-pinit="registered" />

圖2

2.2、頁空間不足

參加圖2，此時再插入一條索引索引值為32的記錄，步驟如下：

1）執行索引索引值=32的尋找操作，確定該新記錄應該插入到葉子節點L2中；

2）檢查L2上是否有足夠的空間來存放目前記錄，這時發現沒有足夠的頁空間，此時需要進行頁面分裂；

3）向資料庫系統申請一個新的頁面L4，將L2的一半資料移到L4中，並重新連結葉子的左右節點，如：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/131228/223KL1C-2.jpg" style="float:none;" title="6.3_insert2.jpg" data-pinit="registered" />

圖3

4）此時，上層節點也需要產生一個新的葉子節點的指標。這裡的上層節點即根節點，如果上層節點沒有剩餘空間的話，同樣也需要進行分裂，這裡有剩餘空間，如：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/131228/223KG123-3.jpg" style="float:none;" title="6.4_insert3.jpg" data-pinit="registered" />

圖4

5）因為目前記錄的索引值範圍位於頁分裂的後一半中，將索引索引值為32的新記錄插入到L4中，如果索引值範圍位於前一半，則插入到L2中。如果L4的空間不夠存放索引值為32的新記錄，則L4會繼續進行頁分裂，這裡假設空間足夠，插入結束，如：

650) this.width=650;" src="http://www.bkjia.com/uploads/allimg/131228/223KI094-4.jpg" style="float:none;" title="6.5_insert4.jpg" data-pinit="registered" />

圖5

三、刪除

3.1、刪除葉子節點中的記錄

參考圖5，刪除索引索引值為32的記錄，步驟如下：

1）執行索引索引值=32的尋找操作，確定該記錄在L4中；

2）將索引索引值=32的記錄標記為虛影，但並不立即釋放空間，準刪除記錄可用於交易回復、多版本等；

3）如果此時L4上的準刪除記錄空間被申請使用，準刪除記錄就會被擦除；

4）如果資料頁面最後一條記錄也被刪除，資料頁面會被回收；

3.2、刪除非葉子節點中的記錄

1）索引節點中的指標被刪除時並不是準刪除記錄，但同樣也不釋放空間，直到有新的指標插入時，才會進行空間壓縮；

2）堆表中資料行被刪除後，頁空間不會被回收，即使是空閑分頁也還是標識為分配狀態，無法被其他對象使用；

註：從理論上講，在兄弟節點頁面空閑空間都小於50%時，應該將兄弟節點合并，即分裂的逆操作，但這樣可能帶來的後果是更頻繁的頁面合并、分裂，成本更大，所以在資料庫系統中通常不進行頁面合併作業，除非rebuild/reorganize索引。

四、更新

4.1、覆蓋更新

如果更新操作能夠在頁內進行原位索引值替換，那麼就進行覆蓋更新。

4.2、非覆蓋更新

無法進行覆蓋更新時，更新操作被分解為刪除和插入操作。

如果非覆蓋更新過程中，新的記錄比較長，則會在頁面分裂的過程中會帶來資料行的移動：

1）叢集索引的移動對非叢集索引沒有影響，因為非叢集索引中儲存的是叢集索引的索引值，分裂並不會改變索引值；

2）堆表中的資料頁分裂，會在原記錄處留下一個前轉指標，以告訴非叢集索引去哪裡找新的記錄；

所以資料行的移動對非叢集索引都不會帶來維護的成本，非叢集索引的維護成本來自書籤的變化：

1）叢集索引的索引值發生變化或被刪除；

2）堆表中的資料行被刪除。

本文出自 “SQL Server DBA” 部落格，請務必保留此出處http://qianzhang.blog.51cto.com/317608/1217600