#22 資料庫的資料實體儲存單位 Page - 3

在來延續上一篇文章 (#21  資料庫的資料實體儲存單位 Page - 2) 的內容.在上一篇的文章中看到了如果沒有 page 的概念時,資料庫引擎有那些可行的方法來在硬碟上管理資料,從上一篇文章中,你看感受到空白空間的處理與以及資料的定位並不是很方便.於是在階層管理的方便性上多加了一層 Page.

在一般市面上常見的資料庫產品中,Page 的大小都大約在幾Kb之間,類似於作業系統的儲存單位大小.所以,一個資料庫可能會包含一個或多個資料庫檔案,而每一個資料庫檔案都會包含多個 Page.

我們再看看如何用 Page 來管理資料.如上一篇文章的情況,資料有可變長度與固定長度兩種.固定長度的情況是比較單純好處理,可以參考下圖:


上圖是某一個 Page 的示意圖,由於每筆資料都是固定長度,所以每一個 Page 都可以儲存相同數量的資料筆數 (除了最後一個 page 可能因為資料筆數無法除盡,所以不一定有相同筆數).在每個 Page 的最後面會留下一些小空間用來做為目錄式的記錄,所以可以從這小空間中可以知道這一個 Page 一共儲存了多少筆數的資料,同時也可以知道每一個位置是不是都有資料.以上圖為例,我們透過 delete 語法刪除了一筆資料,而這筆資料剛好是位在這個 Page 的第二個位置,所以可以看到在目錄式記錄上第二個位置是 False (boolean),用一個 bit 就可以表達完成.所以,當有新資料要寫入時,資料庫引擎就可以讀取每個 Page 上的這目錄就可以知道那一個 Page 有多少的空間是可以寫入新資料的.因此,這種實作方式對 storage manager 的開發者來說相當簡單,而且空白空間也易於維護.

另一個情況是可變長度的資料.因為每筆資料的長度不見得會一樣,所以每個 Page 能放多少筆的 record 完全得視實際上每個 record 的長度來決定.在 Page 上安排位置時,在 manifest 那段小空間裡所放的內容就會有點差異了,如下圖:


由於資料非固定長度,所以在 manifest 上每一個位置都會有一個 pointer 指定到那個資料的位置,同時也會指出來空白空間是從什麼位置開始.上圖的狀態等於是資料經過了一些 update/delete 指令後才會出現的情況,因為每筆資料之間還是有空白空間的存在,但那些空白空間不會被資料庫引擎所使用,因為管理上實在太麻煩了,所以當有一筆新資料要寫入到這個 Page 時,資料庫引擎只會找這個 Page 上的空白空間 (灰色區塊),只要有足夠的空白空間,那麼新資料就會被寫進來,同時更新 manifest 的相關 pointer 內容.

以上的內容是資料庫引擎對在一個 Page 內針對固定長度與可變長度資料的存取安排,所以你就可以想像的到當一個資料庫運行了一段時間之後,零零碎碎的空白空間一定是散落在資料庫檔案的各角落,而那些零零碎碎的空白空間是不會被資料庫引擎所使用.所以,資料庫的產品通常都會一個功能把這些零零碎碎的空白空間給消除,也就是讓資料靠的更緊密些,讓儲存空間可以在容量上得到發揮更好的效果.

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