C++实现页面的缓冲区管理器

目录

• 1. 实验目标
• 2. 代码实现
• 3.实验结果

1. 实验目标

本次实验要实现一个页面的缓冲区管理器。

具体要实现以下的函数：

~BufMgr()：

清除所有脏页并释放缓冲池和 BufDesc 表

void advanceClock()：

用来找到下一个时钟的位置

void allocBuf(FrameId& frame)：

使用时钟算法分配自由帧；如有必要，将脏页写回磁盘。

void readPage(File* file, const PageId PageNo, Page*& page)

通过调用 lookup（）方法检查页是否已经在缓冲池中。当页不在缓冲池中可以在哈希表上抛出 HashNotFoundException 以获取帧编号。

void unPinPage(File* file, const PageId PageNo, const bool dirty)

减少一个页面的占用次数

void allocPage(File* file, PageId& PageNo, Page*& page)

通过调用 file->allocatePage（）方法在指定的文件中分配一个空页。此方法将返回新分配的页。然后调用 allocBuf（）以获取缓冲池帧。接下来，将一个条目插入到哈希表中，并在帧上调用 Set（），以正确设置它。

void disposePage(File* file, const PageId pageNo)

功能是释放一个页面

void flushFile(File* file)

功能是找到含有对应文件的页面，并释放

2. 代码实现

BufMgr::~BufMgr() {
    delete hashTable;
    delete[] bufPool;
    delete[] bufDescTable;
}

直接调用 delete 删除哈希表、缓冲池、缓冲池表

void BufMgr::advanceClock() {
    clockHand++;
    if (clockHand >= numBufs) {
        clockHand %= numBufs;
    }
}

将时钟提前到缓冲池的下一帧。

如果指针超过了最大值，进行取模操作。

void BufMgr::allocBuf(FrameId &frame) {
    unsigned pinned = 0;
    while (true) {
        advanceClock();
        if (!bufDescTable[clockHand].valid) {
            frame = clockHand;
            return;
        }
        if (bufDescTable[clockHand].refbit) {
            bufDescTable[clockHand].refbit = false;
            continue;
        }
        if (bufDescTable[clockHand].pinCnt) {
            pinned++;
            if (pinned == numBufs) {
                throw BufferExceededException();
            } else {
                continue;
            }
        }
        if (bufDescTable[clockHand].dirty) {
            bufDescTable[clockHand].file->writePage(bufPool[clockHand]);
            bufDescTable[clockHand].dirty = false;
        }
        frame = clockHand;
        if (bufDescTable[clockHand].valid) {
            try {
                hashTable->remove(bufDescTable[clockHand].file, bufDescTable[clockHand].pageNo);
            }
            catch (HashNotFoundException &) {
            }
        }
        break;
    }
}

遍历栈区寻找可用的页面。如果是没有被使用过的页面，直接进行分配。如果缓冲区所有的页面都被占用，那么会进行报错 BufferExceededException()。如果找到脏页，会将它写回磁盘，并将脏页标记给清除。如果不是脏页，那么就进行分配操作。如果它在哈希表中要将它移除。

void BufMgr::readPage(File *file, const PageId pageNo, Page *&page) {
    FrameId frame;
    try {
        hashTable->lookup(file, pageNo, frame);
        bufDescTable[frame].refbit = true;
        bufDescTable[frame].pinCnt++;
        page = (bufPool + frame);
    } catch (HashNotFoundException &) {
        allocBuf(frame);
        bufPool[frame] = file->readPage(pageNo);
        hashTable->insert(file, pageNo, frame);
        bufDescTable[frame].Set(file, pageNo);
        page = (bufPool + frame);
    }
}

如果页面在缓冲池中，增加它的占用次数，调用 page 返回指向该页面的指针。

如果页面不在缓冲池中，那么将页面读取到缓冲池，插入哈希表中，调用 set 正确设置该界面，调用 page 返回指向该页面的指针。

void BufMgr::unPinPage(File *file, const PageId pageNo, const bool dirty) {
    FrameId frame;
    try {
        hashTable->lookup(file, pageNo, frame);
    } catch (HashNotFoundException &) {
        //没有该页面
        cerr << "Warning: unpinning a nonexistent page" << endl;
        return;
    }
    //找到页面
    if (bufDescTable[frame].pinCnt > 0) {
        bufDescTable[frame].pinCnt--;
        if (dirty) {
            bufDescTable[frame].dirty = true;
        }
    } else {
        //pin = 0,抛出异常
        throw PageNotPinnedException(bufDescTable[frame].file->filename(), bufDescTable[frame].pageNo, frame);
    }
}

如果缓冲池中没有该页面，进行异常提示。

如果在缓冲池中，那么将它的占用次数减少。如果占用次数为 0，进行报错。

void BufMgr::flushFile(const File *file) {
    for (FrameId fi = 0; fi < numBufs; fi++) {
        if (bufDescTable[fi].file == file) {
            if (!bufDescTable[fi].valid) {
                throw BadBufferException(fi, bufDescTable[fi].dirty, bufDescTable[fi].valid, bufDescTable[fi].refbit);
            }
            if (bufDescTable[fi].pinCnt > 0) {
                throw PagePinnedException(file->filename(), bufDescTable[fi].pageNo, fi);
            }
            if (bufDescTable[fi].dirty) {
                bufDescTable[fi].file->writePage(bufPool[fi]);
                bufDescTable[fi].dirty = false;
            }
            hashTable->remove(file, bufDescTable[fi].pageNo);
            bufDescTable[fi].Clear();
        }
    }
}

遍历整个表，找到含有对应页面的缓冲页，移除并清空该页面。如果页面是脏页，则将其写回磁盘，初始化脏页标记。如果页面被占用或者页面不可用，则进行报错。

void BufMgr::allocPage(File *file, PageId &pageNo, Page *&page) {
    FrameId frame;
    Page p = file->allocatePage();
    allocBuf(frame);
    bufPool[frame] = p;
    pageNo = p.page_number();
    hashTable->insert(file, pageNo, frame);
    bufDescTable[frame].Set(file, pageNo);
    page = bufPool + frame;
}

掉用 allocatePage()分配一个新页面，加入哈希表，调用 set()，返回该页面指针。

void BufMgr::disposePage(File *file, const PageId PageNo) {
    FrameId frame;
    try {
        hashTable->lookup(file, PageNo, frame);
        hashTable->remove(file, PageNo);
        bufDescTable[frame].Clear();
    } catch (HashNotFoundException &) {
    }
    file->deletePage(PageNo);
}

删除一个页面。如果它在缓冲池中，要将缓冲内容一并删除。

3.实验结果

12个样例均能通过，实验结果如下：

me].Clear();
} catch (HashNotFoundException &) {
}
file->deletePage(PageNo);
}

删除一个页面。如果它在缓冲池中，要将缓冲内容一并删除

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