深入解析SQL Server行迁移记录

蝴蝶

SQL Server数据库文件的结构定义中，所有数据均以8192字节作为页大小进行记录存储，当某条数据记录总长未超过8060字节时，变长和定长列存储在同一页/记录中的记录称为行内数据记录。这是最常见，因为一般的记录长度很少会超过8060字节，这种记录的结构相对简单，格式也相对固定。
行内记录会包含一些常见数据类型的列，如int、char(n)、varchar(n)、datetime2、real、money等。这些类型的数据有变长的也有定长的，所以在更新变长列的数据时，会使记录长度增大，如果增加到超出空闲空间容量时，这样即使此记录小于8060字节，也会造成此记录在这一页中存放不下。这种情况下一条记录就会变化为两条特殊格式的行内记录：forwarded记录和forwarding记录，这两条记录都是小于8060字节的行内记录。这种动作就称为行迁移，这类记录就称为行迁移记录。

1.      一般行内记录
一般的行内记录存储格式就是上一节中讲的一般记录格式。记录头部的标志一般是0x30,0x10。
这种记录中的列信息起始偏移是和页头中的pminlen值相同的。记录结构都是标准的一般结构，如下图：



这类记录中的列信息没有异常的偏移数据，也没有异常的列数据.Dbcc page 中称为PRIMARY_RECORD，这种叫法会更准确，不过随便啦，习惯成自然。

2.      行迁移记录
行迁移记包含forwarding_stub 和forwarded 两种类型。这两类记录是因为数据页不能容纳更新后的记录而产生的，不是因为记录长度超过8060B引起的，所以这两类记录依然是行内记录，与行溢出记录是不同的。
这两种记录总是成对出现的，当出现forwarding_stub时，在别的页面中一定有与之对应的一条forwarded记录。
forwarding记录也叫forwarding_stub记录，记录头标志为0x04，它是一条完整的数据记录。虽然结构看起来特殊，但还是符合一般记录的结构，记录中主要内容就是在行中用8字节保存了指向移出后的记录的位置指针。
    forwarded 记录，有时直接叫做迁移记录。记录头部标志为0x32. 它也是一条完整记录，格式跟一般记录略有差异，大体结构还是相同的。这里是存储了溢出前的那条记录的真实数据。
    这两种记录的具体存储结构比较简单和直观，其逻辑结构会在下面的实例列举中结合具体数据记录来分析说明。

下面通过实例来讲解一下这两种记录的存储格式：
1.      创建测试环境：
droptablet1
createtablet1(aint,bvarchar(4000),cvarchar(4000))
insertintot1values(1,REPLICATE('b',2000),REPLICATE('c',2000))
insertintot1values(2,REPLICATE('e',2000),REPLICATE('f',2000))
select*fromt1


dbccind(tt,t1,-1)


可看出这两条数据记录是存放在一个页面（第78页）里的，可通过dbccpage(tt,1,78,3) 或 winhex来查看这一页面的内容。

dbcctraceon(3604)
dbccpage(tt,1,78,3)
结果集中，关注以下信息：
m_slotCnt = 2          m_freeCnt = 58         m_freeData = 8130   

Slot 0 Offset 0x60 Length4017
Record Type =PRIMARY_RECORD         Record Attributes=  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 4017

Slot 1 Offset 0x1011Length 4017
Record Type =PRIMARY_RECORD         Record Attributes=  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 4017
    明显看出在78页面中有两条PRIMARY_RECORD记录，长度都是4017字节。
    在winhex中打开此数据库文件tt.mdf，跳转到78页面，可以直观地看到数据记录为2条，在数据区可以直接看到记录中的数据。通过页尾的行偏移，可以分别定位到这两条记录。Winhex中此页面数据如下图所示：


通过这两种方式都可以看到这两条记录都是存储在此页面的PRIMARY_RECORD记录，总共占用8034字节，没有超过8060。

2.      更新数据记录，产生迁移记录
updatet1setb=REPLICATE('b',3000)wherea=1;
注意：修改的是第一条记录。
dbccind(tt,t1,-1)
]
从结果集看出数据记录存储在78和80两页中。下面我们到这两个页面里去查看记录的详细情况。
l        FORWARDING记录
dbccpage(tt,1,78,3)
m_slotCnt = 2        m_freeCnt = 4066     m_freeData = 8139

Slot 0 Offset 0x1fc2Length 9
Record Type = FORWARDING_STUB        RecordAttributes =                  Record Size= 9
Memory Dump@0x000000000D30BFC2
0000000000000000:   04500000 0001000000.P.......      
Forwarding to  =  file1 page 80 slot 0                                 

Slot 1 Offset 0x1011Length 4017
Record Type =PRIMARY_RECORD         Record Attributes=  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 4017                 
Memory Dump@0x000000000D30B011
0000000000000000:   30000800 02000000 03000002 00e107b10...............
0000000000000010:   0f656565 65656565 65656565 65656565.eeeeeeeeeeeeeee
0000000000000020:   65656565 65656565 65656565 65656565eeeeeeeeeeeeeeee
0000000000000030:   65656565 65656565 65656565 65656565eeeeeeeeeeeeeeee
……
解释一下结果集中的参数：
m_slotCnt = 2 ：数据页面中有两条记录。
m_freeCnt = 4066 ：数据页中的空闲空间为4066字节，第一条记录所占用的空间已经被释放，说明原来的这条记录数据已被移出此页。
m_freeData = 8139 ：自由空间起始位置变大了，说明自由空间起始后移了，这是因为原来的第一条记录被移动到第二条后边了。
Slot 0 Offset0x1fc2 Length 9 ：第一条记录起始偏移为8130，长度为9.
Slot 1 Offset0x1011 Length 4017 ：第二条记录起始偏移为4113，长度为4017,。
看这些数字，4113+4017= Slot 0 Offset=8130, 8130+9 = m_freeDat=8139。原来的第一条记录现在还是第一条（slot 0），但是现在存放在了第二条记录之后，并且长度只有9字节。
这条短记录的格式就是FORWARDING_STUB，格式结构有些不同。具体介绍如下：
04是记录头，根据前面介绍的记录头的位图含义可知此记录为无变长列,无null位图,无行版本的FORWARDING_STUB记录。后边紧跟着的8个字节是rowid指针，是指向forwarded记录的指针。这里说的rowid，只是一个叫法，不是说它是真实存在的结构体，在上层有时也会遇到这种叫法，其实它只是个虚拟的称谓，用来表示一个指针结构。这8个字节记录了文件号、页号、slot号。这里的rowid实际的存储体是FORWARDING_STUB，是4字节的页号加2字节的文件号再加2字节的slot号。

此条记录：0450000000010000 00，很容易就得出 rowid为（1:80:0），这也对应结果集中的Forwarding to  =  file 1 page 80 slot 0 ,只不过前者是自己解析，后者是sql server 引擎解析。
这是在winhex里的解析展示，会更清晰的验证上面的结构。


l        Forwarded记录
dbccpage(tt,1,80,3)
m_slotCnt = 1                      m_freeCnt = 3065             m_freeData = 5125

Slot 0 Offset 0x60 Length5029
Record Type = FORWARDED_RECORD       RecordAttributes =  NULL_BITMAPVARIABLE_COLUMNS
Record Size = 5029                  
Memory Dump@0x000000000D30A060
0000000000000000:   3200080001000000 03000003 00cb0b9b 2...............
0000000000000010:   13a59362 62626262 62626262 62626262...bbbbbbbbbbbbb
0000000000000020:   62626262 62626262 62626262 62626262bbbbbbbbbbbbbbbb
0000000000000030:   62626262 62626262 62626262 62626262bbbbbbbbbbbbbbbb
……
    在第80页中，有一条记录slot 0，起始为96字节，长度为5029，记录类型为 forwarded_record.这条记录就是forwarding_stub中指向的溢出记录，记录着第78页中slot0数据记录的真实数据。
    这是一条完整记录，和一般记录格式略有差异，最大的不同是在记录中加入了一列变长数据。这一变长列加在记录的最后，只是存储引擎使用，对上层是透明的。同时记录的列信息也发生了变化。
    列信息里的变长列数加1，而总列数不发生变化。变长列偏移数组里多出一项，用来指定加入的数据列的结束偏移，这个变长列的长度其实是固定的，都是10字节，应该是考虑到存取性能才把这个数据放在了记录的最后。这列数据其实不是一列标准的列数据，应该是一个forwarding_stub的结构体数据。里边也是存储了一个rowid指针，用8字节保存了指向移出前的记录的位置指针。
    这个加入的列数据的定位解析还有点特殊。它在列信息中的列数据结束偏移是非常规的，是按溢出类型格式存储的。它的值会大于8192字节，其实是真实数值加了0x8000。
    现在来具体解释下上面的这条forwarded记录：
    此记录头部状态A的值为0x32，解释为有可变长列，有null位图的forwarded 移出记录。记录总长度为5029字节数。列信息数据为03000003 00cb0b9b13a593。根据列信息结构来解析可得，总列数为3，是包含a、b、c三个字段。Null位图都为0，表示没有为空的列。变长列数也为3，这里是包含了变长列b、c和增加列。后边的结束偏移数组有3个，占用6字节，分别表示这3个变长列数据的结束位置。前两个很容易理解，第三个是0x93A5,转为十进制为37797，这明显是不正常的，真实的偏移值应为此值减去0x8000,即为0x13A5，转十进制为5029。这个值在前面的记录总长度处见过，不是巧合。
     这样就可以手工的取出每一个字段值了。取出最后一列的值，会发现它特殊一点：
0004 4e00000001000000 。数据长度为10字节，跟forwarding很相似，只是在头部多加了一个字节的00。字段里的rowid记录了原来的forwarding记录的地址，这里是（1:78:0）,这个地址指针正是指向前面我们看到的那条forwarding记录。
下面通过一幅图来总结下此节讲解的forwarding和forwarded记录的整体结构。


图Forwarding记录和forwarded 记录的相互连接关系
下图是在winhex中的解析展示：


    再复杂一点的，如果forwarded记录又有更新，此页面又存放不下时，它还需要进行行迁移，把真实数据记录移到别的页面里存储。这时不会在这一页的记录中加入forwarding_stub去指向新的forwarded记录，而是直接的修改原始数据页中的forwarding记录的迁移指针，使其直接指向最终的forwarded记录。最终的forwarded里存储原始的forwarding的地址指针。这样就不用使用一个指针链，要通过多个指针依次的指向才到达最终数据记录。
    在这章节的讲解中用dbcc page比较多些，使用winhex多是用来做验证。因为dbccpage 是通过引擎自己解释和显示的，逻辑信息会更多，更详细，结构也更清晰，方便用来分析和理论。Winhex中想解析这些信息都是要根据逻辑结构的理解，然后去取得对应对象的数据。
    其实在winhex上观察内部结构，视野会更宽，自由度更大，可以获得所有的信息，包括很多dbcc page结果集中没有的，对整体结构的理解会更好。最主要的dbcc page 是sql server 引擎给出的这些结构信息，winhex中是自己动手解析的。
    这些逻辑结构的获得，都是通过dbcc page和winhex结合使用来分析总结出的，只用winhex来看文件是没有意义的，只用内部命令查参数也是没有意义的。

作者：张宇

英胜数据恢复

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