SQL Server 2008 儲存結構深度解析：GAM 與 SGAM 頁面機制

前言：從頁面與區談起

在 SQL Server 2008 的儲存架構中，全域配置對應（Global Allocation Map，GAM）與共用全域配置對應（Shared Global Allocation Map，SGAM）是兩種關鍵的系統頁面，它們負責追蹤資料庫檔案中「區」的分配狀態。要理解它們的運作原理，必須先從資料庫的基本儲存單位——頁與區——說起。

資料庫的邏輯儲存階層

SQL Server 資料庫由一或多個作業系統檔案組成。邏輯上，最小的儲存單位是頁，大小固定為 8 KB。資料檔案內的頁面從 0 開始連續編號，透過「資料庫 ID + 檔案 ID + 頁碼」即可唯一定位任一頁面。

空間管理的最小單位則是區，由 8 個邏輯上連續的頁面組成（共 64 KB）。為了提升空間利用率，SQL Server 2008 採用兩種類型的區：

• 統一區：專屬於單一物件（資料表或索引），其 8 頁僅供該物件使用。
• 混合區：最多可被 8 個物件共享。新建立的資料表或索引優先從混合區配置頁面；當增長到 8 頁以上，後續配置改用統一區。

GAM 頁面：追蹤區的分配狀態

GAM 頁面記錄資料庫檔案中哪些區已被分配及其用途。每個 GAM 頁面覆蓋約 64,000 個區（約 4 GB 資料空間），對應每個區有一個位元：

• 位元 = 1：該區為自由（未使用）區。
• 位元 = 0：該區正在使用中（已分配）。

此位元定義與直覺相反（通常 1 代表使用中），需特別留意。

SGAM 頁面：追蹤混合區的可用空間

SGAM 頁面專門記錄哪些區目前被作為混合區使用，且至少有一個頁面尚未被佔用。同樣覆蓋約 4 GB 空間，位元定義如下：

• 位元 = 1：對應區為混合區，且有可用頁面。
• 位元 = 0：對應區非混合區，或為已滿的混合區。

GAM 與 SGAM 位元組合對照表

空間配置決策邏輯

• 需配置全新統一區：掃描 GAM，尋找位元為 1 的區。
• 需配置有可用空間的混合區：掃描 GAM 位元為 0 且 SGAM 位元為 1 的區。
• 若無可用混合區：從 GAM 找一個全新區，標記為混合區（GAM=0, SGAM=1），再使用其中一頁。
• 若 GAM 全為 0：檔案已滿，需擴充檔案或新增檔案。

固定頁面位置與週期性重複

在每個資料庫檔案中，關鍵系統頁面的位置固定：

• 第 0 頁：檔案標頭頁
• 第 1 頁：PFS 頁面
• 第 2 頁：第一個 GAM 頁面
• 第 3 頁：第一個 SGAM 頁面
• 第 6 頁：DCM 頁面
• 第 7 頁：BCM 頁面

之後每 511,230 頁（約 4 GB）會再出現一組 GAM/SGAM 頁面，形成週期性結構。

實戰觀察：使用 DBCC PAGE 與 Internals Viewer

透過未文件化的 DBCC PAGE 指令可檢視頁面內容。例如：

DBCC TRACEON(3604);
DBCC PAGE(TESTDB, 1, 2, 3); -- 檢視 GAM 頁面（檔案 1，第 2 頁，printopt=3）
DBCC PAGE(TESTDB, 1, 3, 3); -- 檢視 SGAM 頁面（檔案 1，第 3 頁，printopt=3）

輸出包含四大區塊：BUFFER（記憶體緩衝資訊）、PAGE HEADER（頁首）、DATA（資料區）、OFFSET TABLE（位移表）。GAM/SGAM 的 DATA 區以位元陣列儲存分配圖，需注意位元順序反轉（Little-endian）的解讀方式。

輔助工具 SQL Internals Viewer（官網）提供圖形化介面，可直觀觀察頁面結構與分配狀態，極大降低分析門檻。

常見誤區與總結

1. BUFFER 資訊僅在頁面駐留記憶體時有意義，重啟或清空快取後位址會改變，官方文件極少，不宜深究。
2. PAGE HEADER 部分欄位缺乏官方文件支援，避免過度解讀。
3. SGAM 的 ALLOCATED/NOT ALLOCATED標籤易誤解：ALLOCATED 實指「含可用頁面的混合區」，NOT ALLOCATED 指「統一區或已滿混合區」。
4. GAM 位元邏輯反直覺：0=已用，1=自由。
5. 新建資料庫僅 280 頁（35 區），GAM/SGAM 顯示的後續區資訊實為預留空間，非實際存在。
6. DBCC PAGE printopt=3 輸出的區範圍呈斷續狀，係因位元陣列跨字節邊界導致視覺上非連續。
7. 位元組解碼需「位元反轉」：每字節內 8 位元順序相反，解讀時須逐字節反轉。

掌握 GAM/SGAM 機制，有助於深入理解 SQL Server 的空間配置行為、排查配置爭用問題，並為容量規劃提供理論依據。