SQL Server中的文件存储机制-猿码集

一、文件存储机制的概述

SQL Server中的文件存储机制指的是在磁盘中如何存储SQL Server数据库的文件的一种机制。SQL Server将数据库分为三个不同的文件类型：数据文件(.mdf)、日志文件(.ldf)和备份文件。其中，数据文件(.mdf)用于存储数据库的数据和对象，日志文件(.ldf)用于记录数据库的操作和事件，备份文件用于备份数据库。

在SQL Server中，每个数据库都至少需要一个数据文件和一个日志文件，而一个数据库可以使用多个数据文件。SQL Server会将每个数据文件和日志文件存储在不同的物理文件中，这意味着一个数据库的数据文件和日志文件可以存储在不同的磁盘设备上，从而提高了性能和可用性。

二、数据文件(.mdf)的存储机制

1. 数据文件的创建和扩展

在SQL Server中，数据文件(.mdf)是用来存储数据库中的所有数据和对象的。创建一个数据文件时，需要为该数据文件指定一个初始大小。这个初始大小是指该数据文件占用磁盘的大小，而不是指文件中实际存储的数据大小。当数据库中的数据和对象增加时，数据文件会自动扩展，直到达到了文件的最大大小。

下面的代码是在SQL Server中创建一个名为test的数据库，并为该数据库指定一个初始大小为10MB的数据文件：


USE master;
GO
CREATE DATABASE test
ON 
(
    NAME = test_data,
    FILENAME = 'D:\SQLServer\data\test_data.mdf',
    SIZE = 10MB,
    MAXSIZE = 50MB,
    FILEGROWTH = 5MB
)
LOG ON 
(
    NAME = test_log,
    FILENAME = 'E:\SQLServer\log\test_log.ldf',
    SIZE = 5MB,
    MAXSIZE = 25MB,
    FILEGROWTH = 1MB
);

在上面的代码中，我们首先使用USE语句将当前数据库设置为master数据库，然后使用CREATE DATABASE语句创建一个名为test的数据库，其中我们为该数据库指定了一个名为test_data的数据文件和一个名为test_log的日志文件，分别存储在D盘和E盘。这里我们为数据文件指定了一个初始大小为10MB，最大大小为50MB，每次自动增长5MB；为日志文件指定了一个初始大小为5MB，最大大小为25MB，每次自动增长1MB。如果数据文件或日志文件达到了最大大小限制，SQL Server会停止自动扩展，直到该数据库管理员手动扩展文件。

2. 磁盘块和文件页

在SQL Server的数据文件中，数据是以磁盘块的形式存储的。一个磁盘块是一个固定大小的物理块，在SQL Server中通常为8KB。由于磁盘的读取和写入是以磁盘块为单位进行的，因此磁盘块大小的选择在SQL Server中至关重要。如果磁盘块太小，那么SQL Server就需要读取更多的磁盘块才能完成一个查询或事务；如果磁盘块太大，那么就会浪费更多的磁盘空间。

每个磁盘块包含多个文件页。一个文件页通常是一个8KB大小的逻辑块，每个页都有一个唯一的页ID号，用于标识该页在数据文件中的位置。SQL Server的执行引擎通常以文件页为单位进行数据访问。例如，如果查询需要访问某个表中的某个行，那么SQL Server就会将该行所在的所有页读入内存中，然后再从内存中读取该行。

3. 数据的存储和访问

在SQL Server中，数据是以行的形式存储的。每个数据行中的数据是按照列的顺序存储的，并且每个数据行都由一个唯一的行ID号和一个指向存储该行的文件页和偏移量的指针组成。

下面的代码是在SQL Server中创建一个名为test_table的表，并插入一些数据：


USE test;
GO
CREATE TABLE test_table
(
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(50),
    age INT
);
INSERT INTO test_table VALUES(1, 'Tom', 20);
INSERT INTO test_table VALUES(2, 'Jerry', 30);

在上面的代码中，我们首先使用USE语句将当前数据库设置为test数据库，然后使用CREATE TABLE语句创建一个名为test_table的表，该表包含三个列：id、name和age。id列是主键列，用于唯一标识每个数据行。然后我们使用INSERT INTO语句插入两行数据到test_table表中，在数据库中的实际存储中，每个数据行都会按照列的顺序存储在文件页中，并且每个数据行都有一个唯一的行ID号和一个指向存储该行的文件页和偏移量的指针。

三、日志文件(.ldf)的存储机制

1. 日志文件的作用

在SQL Server中，日志文件(.ldf)用于记录对数据库的所有操作和事件。它可以帮助数据库管理员了解系统中发生的所有操作和事件，例如：事务的启动、提交和回滚、数据更改的详细信息和错误消息。

日志文件不仅记录每个操作的结果，还记录操作之前和之后在数据库中的状态。这种记录方式可以确保在系统出现故障时数据不会丢失或损坏。此外，日志文件可以用于恢复数据，即使发生了系统中断或磁盘故障。

2. 日志文件的架构

在SQL Server中，日志文件是由一系列的虚拟日志文件组成的。每个虚拟日志文件包含一定数量的物理日志文件记录，记录了对数据库的更新操作。当一个虚拟日志文件已经满了时，SQL Server会创建一个新的虚拟日志文件来继续记录更新操作。具体来说，虚拟日志文件是由一系列的日志块(log block)构成，其中每个日志块都包含一定数量的日志记录(log record)。日志记录是数据库中每个操作的逻辑记录，包括INSERT、DELETE、UPDATE和DDL操作。

下面的代码是在SQL Server中查看当前数据库的虚拟日志文件的数量和大小：


USE test;
GO
DBCC LOGINFO;

在上面的代码中，我们首先使用USE语句将当前数据库设置为test数据库，然后使用DBCC LOGINFO语句查看当前数据库的虚拟日志文件的数量和大小。通过DBCC LOGINFO可以获取到当前数据库的所有虚拟日志文件的信息，例如：虚拟日志文件的序号、起始虚拟日志文件号、结束虚拟日志文件号、虚拟日志文件中的VLF数目、虚拟日志文件是否被占用等信息。

3. 数据库恢复模式和日志文件的应用

在SQL Server中，数据库恢复模式用于指定在系统故障或数据丢失时如何恢复数据。SQL Server支持三个不同的数据库恢复模式：简单恢复模式、完整恢复模式和大容量日志恢复模式。

在简单恢复模式下，SQL Server只会保存最近的一个点的日志信息，当系统出现故障或发生数据丢失时只能恢复到这个点的状态。此时，日志文件的大小和数量都是固定的。

在完整恢复模式和大容量日志恢复模式下，SQL Server会保存全部的日志信息，并且可以在系统出现故障或发生数据丢失时将数据库恢复到任意一个时间点。此时，日志文件的大小和数量都是动态变化的，并且需要定期备份。

四、备份文件的存储机制

1. 备份文件的作用

在SQL Server中，备份文件用于将数据库的数据和对象复制到另一个位置，以便在系统故障或数据丢失时使用。备份文件可以将整个数据库、数据库中的特定表或者特定的数据行进行备份。备份文件是SQL Server中非常重要的一部分，它可以帮助数据库管理员确保数据库的安全和可靠性。

2. 备份文件的类型

在SQL Server中，备份文件主要分为三种类型：完全备份、增量备份和差异备份。

完全备份是指将整个数据库备份到一个备份文件中，它包含数据库中的所有数据和对象。完全备份可以用于恢复整个数据库，它是备份文件中最基本也是最重要的一种类型。

增量备份和差异备份是在完全备份的基础上进行的。增量备份只备份自上次完全备份或上次增量备份以来发生的更改，它需要与上次完全备份或上次增量备份一起使用进行数据恢复。差异备份只备份自上次完全备份或上次差异备份以来发生的更改，它需要与上次完全备份一起使用进行数据恢复。

3. 备份文件的存储策略

在SQL Server中，备份文件是以一个或多个文件的形式存储在磁盘中。为了最大限度地提高备份性能和可靠性，建议讲备份文件存储在不同的磁盘设备上。

下面的代码是在SQL Server中备份一个名为test的数据库，并指定备份文件存储在D盘，备份文件名为test.bak：


USE test;
GO
BACKUP DATABASE test
TO DISK = 'D:\SQLServer\backup\test.bak'

在上面代码中，我们首先使用USE语句将当前数据库设置为test数据库，然后使用BACKUP DATABASE语句将该数据库备份到一个名为test.bak的备份文件中，备份文件存储在D盘中。在SQL Server的备份和恢复操作中，必须将备份文件存储在与数据库文件和日志文件不同的磁盘设备上，这样可以尽量避免磁盘故障对数据库的影响。

总结

SQL Server中的文件存储机制是SQL Server数据库系统的重要组成部分。本文详细介绍了SQL Server数据文件(.mdf)、日志文件(.ldf)和备份文件的存储机制，并且分别从数据文件(.mdf)的创建和扩展，磁盘块和文件页，数据的存储和访问，日志文件(.ldf)的作用、架构和数据库恢复模式，备份文件的作用、类型和存储策略等方面进行了详细讲解，对于深入理解SQL Server的文件存储机制和优化SQL Server数据库的性能和可用性具有重要的意义。

SQL Server中的文件存储机制