¿Alguna vez te has preguntado cómo hace SQL Server para gestionar los datos en disco? Y no sólo SQL Server, la administración eficiente del almacenamiento es fundamental para garantizar un rendimiento óptimo y una gestión eficaz de los datos en cualquier sistema gestor de bases de datos. El motor de base de datos tiene que utilizar estructuras bien definidas, como páginas y extensiones, para organizar y controlar el espacio en disco. Para nosotros, como DBAs o usuarios avanzados, comprender en profundidad estas estructuras y sus mecanismos asociados es esencial para diseñar, implementar y mantener bases de datos de alto rendimiento.
Páginas, la unidad atómica de almacenamiento en SQL Server
Una página es la unidad básica de almacenamiento en SQL Server, en estas páginas se guardan nuestros datos y tienen un tamaño fijo de 8 KB, siempre tienen el mismo tamaño.
Cada página comienza con un encabezado de 96 bytes que contiene información crucial, como el número de página, el tipo de página, la cantidad de espacio libre y el ID de la unidad de asignación del objeto propietario. Las filas de datos se almacenan secuencialmente después del encabezado, y al final de la página se encuentra una tabla de desplazamiento de filas que facilita el acceso rápido a cada fila.
Tipos de Páginas en función su almacenamiento
SQL Server utiliza diversos tipos de páginas para almacenar diferentes tipos de información.
Aunque el usuario medio podría pensar que todo lo que hay son páginas de datos lo cierto es que este es solo un tipo de página. En concreto, son las páginas que almacenan las filas de datos de las tablas pero, excluyendo los datos de tipos como text, ntext, image, nvarchar(max), varchar(max), varbinary(max) y xml cuando la opción «text in row» está activada. Esos datos veremos que van a otro tipo especial de página.
En concreto a páginas de texto o imagen que son las encargadas de almacenar datos de objetos grandes (LOB), incluyendo text, ntext, image, nvarchar(max), varchar(max), varbinary(max) y xml.
Para cerrar con las páginas que almacenan datos tenemos que nombrar las páginas de índice que contienen esas entradas de índices que facilitan el acceso rápido a los datos.
Pero esto no es todo, no sólo hay páginas con nuestros datos, SQL Server necesita una serie de metadatos para poder gestionar todo esto y los almacena en las páginas de asignación. En este tipo de páginas incluimos las páginas GAM (Global Allocation Map), SGAM (Shared Global Allocation Map), IAM (Index Allocation Map) y PFS (Page Free Space), que gestionan la asignación y el seguimiento del espacio en la base de datos.
Extensiones, como realmente SQL Server gestiona el almacenamiento
Una extensión (lo encontrarás también como extent) es un conjunto de ocho páginas físicamente contiguas, totalizando 64 KB. Las extensiones son la unidad básica mediante la cual SQL Server gestiona el espacio de almacenamiento.
Permitidme hacer un parón en este punto para interiorizar esto, vuelve a leer el párrafo anterior y grábatelo a fuego así, la próxima vez que tengas que preparar un nuevo disco para almacenar datos de SQL Server entenderás por qué es una buena práctica formatear los discos con un tamaño de asignación de bloques de 64 KB.
Ahora sé, volvemos con los extent y, nuevamente, nos encontramos con que existen varios tipos. En este caso, no dependen del tipo de los datos que estamos almacenando sino de si son o no dedicados para un objeto.
De esta manera, podemos encontrar extensiones uniformes donde las ocho páginas son propiedad de un único objeto o extensiones mixtas donde las ocho páginas pueden ser compartidas por hasta ocho objetos diferentes, permitiendo una asignación eficiente para objetos pequeños. Es importante destacar que aunque el extent puede ser mixto, las páginas siempre son dedicadas al 100% para el mismo objeto.
A partir de SQL Server 2016, veremos que el comportamiento predeterminado es asignar extensiones uniformes para la mayoría de las operaciones. En principio para optimizar el rendimiento pero bueno, eso es un tema discutible.
Gestión del almacenamiento
Como hemos comentado antes, SQL Server emplea varias estructuras internas (páginas de asignación) para gestionar la asignación y el uso del almacenamiento. Aquí va un pequeño resumen aunque ya os adelanto que a este tema le vamos a dedicar un artículo completo porque tiene mucho de lo que hablar.
Páginas GAM: mapa global de asignación de almacenamiento
Las páginas GAM (Global Allocation Map) registran qué extents han sido asignadas en el archivo de datos. Cada bit en una página GAM representa una extensión: un bit en 1 indica que la extensión está libre, mientras que un bit en 0 señala que está asignada. Cada página GAM puede rastrear aproximadamente 4 GB de datos, cubriendo 64,000 extents.
Páginas SGAM: mapa global de almacenamiento compartido
Las páginas SGAM (Shared Global Allocation Map) indican qué extents mixtos tienen al menos una página disponible para su uso. Un bit en 1 significa que la extensión mixta tiene espacio libre, mientras que un bit en 0 indica que todas sus páginas están ocupadas o que no es una extensión mixta. Al igual que las páginas GAM, cada página SGAM cubre cerca de 4 GB de datos.
Páginas PFS: almacenamiento disponible
Las páginas PFS (Page Free Space) rastrean el estado de cada página individual en términos de asignación y espacio libre. Cada bit en una página PFS representa una página de datos y señala si está libre, parcialmente llena o completamente ocupada. Cada página PFS puede rastrear 8,088 páginas, lo que equivale aproximadamente a 64 MB de datos.
Páginas IAM: Mapa de asignación de índices
Las páginas IAM (Index Allocation Map) mapean las extensiones utilizadas por un objeto específico, como una tabla o un índice, en una unidad de asignación particular. Estas páginas permiten a SQL Server identificar rápidamente qué páginas y extensiones pertenecen a cada objeto, facilitando operaciones eficientes de lectura y escritura.
Consideraciones Avanzadas
Antes de cerrar este artículo quería remarcar unos conceptos sobre los que he podido pasar de manera tangencial antes.
De cara a entender la compatibilidad con filas largas, aunque una fila de datos no puede dividirse entre múltiples páginas, SQL Server maneja columnas de longitud variable que pueden exceder los 8 KB moviendo parte de los datos a páginas especiales denominadas ROW_OVERFLOW_DATA. Esto permite almacenar filas que, en conjunto, superan el tamaño de una página estándar.
Otra cosa que hemos comentado pero que quería matizar es que en versiones anteriores a SQL Server 2016, las tablas e índices pequeños comenzaban utilizando extensiones mixtas y, al crecer, se les asignaban extensiones uniformes. Desde SQL Server 2016, el comportamiento predeterminado es asignar extensiones uniformes desde el inicio para la mayoría de las operaciones, mejorando el rendimiento en la gestión del almacenamiento. Sin embargo, ahora mismo, con los discos SSD modernos, las lecturas secuenciales ya no representan tanta ventaja como cuando los discos eran mecánicos y esta supuesta ventaja en rendimiento puede ser un problema de desaprovechamiento del almacenamiento. Tampoco es que importe mucho, los discos duros, a la vez que se hacían más rápidos, también han visto crecer su capacidad total y el coste del almacenamiento se ha reducido mucho.
Conclusión
Una comprensión profunda de las estructuras de almacenamiento en SQL Server, incluyendo páginas, extensiones y mapas de asignación, es esencial para administradores y desarrolladores que buscan optimizar el rendimiento y la eficiencia de sus bases de datos. Al dominar estos conceptos, es posible diseñar estrategias de almacenamiento que maximicen el uso de los recursos y aseguren operaciones de base de datos robustas y escalables.
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