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/* Copyright (c) 2023 Renmin University of ChinaRMDB is licensed under Mulan PSL v2.You can use this software according to the terms and conditions of the Mulan PSL v2.You may obtain a copy of Mulan PSL v2 at: http://license.coscl.org.cn/MulanPSL2THIS SOFTWARE IS PROVIDED ON AN "AS IS" BASIS, WITHOUT WARRANTIES OF ANY KIND,EITHER EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO NON-INFRINGEMENT,MERCHANTABILITY OR FIT FOR A PARTICULAR PURPOSE.See the Mulan PSL v2 for more details. */#include <algorithm>#include "buffer_pool_manager.h"/** * @description: 从free_list或replacer中得到可淘汰帧页的 *frame_id * @return {bool} true: 可替换帧查找成功 , false: 可替换帧查找失败 * @param {frame_id_t*} frame_id 帧页id指针,返回成功找到的可替换帧id */bool BufferPoolManager::find_victim_page(frame_id_t *frame_id) { // Todo: // 1 使用BufferPoolManager::free_list_判断缓冲池是否已满需要淘汰页面 // 1.1 未满获得frame // 1.2 已满使用lru_replacer中的方法选择淘汰页面 if (free_list_.empty()) { return replacer_->victim(frame_id); } else { *frame_id = free_list_.front(); free_list_.pop_front(); return true; }}/** * @description: 更新页面数据, 如果为脏页则需写入磁盘，再更新为新页面，更新page元数据(data, is_dirty, page_id)和page table * @param {Page*} page 写回页指针 * @param {PageId} new_page_id 新的page_id * @param {frame_id_t} new_frame_id 新的帧frame_id */void BufferPoolManager::update_page(Page *page, PageId new_page_id, frame_id_t new_frame_id) { // Todo: // 1 如果是脏页，写回磁盘，并且把dirty置为false // 2 更新page table // 3 重置page的data，更新page id auto page_id = page->get_page_id(); if (page->is_dirty()) { disk_manager_->write_page(page_id.fd, page_id.page_no, page->get_data(), PAGE_SIZE); page->is_dirty_ = false; } page_table_.erase(page_id); page_table_[new_page_id] = new_frame_id; Page *ptr = &pages_[new_frame_id]; ptr->is_dirty_ = false;// disk_manager_->read_page(new_page_id.fd, new_page_id.page_no, ptr->data_, PAGE_SIZE); ptr->id_ = new_page_id;}/** * @description: 从buffer pool获取需要的页。 * 如果页表中存在page_id（说明该page在缓冲池中），并且pin_count++。 * 如果页表不存在page_id（说明该page在磁盘中），则找缓冲池victim page，将其替换为磁盘中读取的page，pin_count置1。 * @return {Page*} 若获得了需要的页则将其返回，否则返回nullptr * @param {PageId} page_id 需要获取的页的PageId */Page *BufferPoolManager::fetch_page(PageId page_id) { //Todo: // 1. 从page_table_中搜寻目标页 // 1.1 若目标页有被page_table_记录，则将其所在frame固定(pin)，并返回目标页。7172737475767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140
// 1.2 否则，尝试调用find_victim_page获得一个可用的frame，若失败则返回nullptr
// 2. 若获得的可用frame存储的为dirty page，则须调用updata_page将page写回到磁盘
// 3. 调用disk_manager_的read_page读取目标页到frame
// 4. 固定目标页，更新pin_count_
// 5. 返回目标页
std::scoped_lock lock{latch_};
if (page_table_.find(page_id) != page_table_.end()) { // 在buffer pool中
Page *p = &pages_[page_table_[page_id]];
// pin_cout_ == 0时此页还能留在buffer_pool中，可能已经unpinned，确保已经pin
replacer_->pin(page_table_[page_id]);
p->pin_count_++;
return p;
}
frame_id_t victim;
if (!find_victim_page(&victim)) {
return nullptr; // 没有可淘汰页或空闲页，无法加载到buffer pool中
}
update_page(&pages_[victim], page_id, victim);
disk_manager_->read_page(page_id.fd, page_id.page_no, pages_[victim].get_data(), PAGE_SIZE);
pages_[victim].pin_count_ = 1;
replacer_->pin(victim); // 该页首次pin
return &pages_[victim];
}
/**
* @description: 取消固定pin_count>0的在缓冲池中的page
* @return {bool} 如果目标页的pin_count<=0则返回false，否则返回true
* @param {PageId} page_id 目标page的page_id
* @param {bool} is_dirty 若目标page应该被标记为dirty则为true，否则为false
*/
bool BufferPoolManager::unpin_page(PageId page_id, bool is_dirty) {
// Todo:
// 0. lock latch
// 1. 尝试在page_table_中搜寻page_id对应的页P
// 1.1 P在页表中不存在 return false
// 1.2 P在页表中存在，获取其pin_count_
// 2.1 若pin_count_已经等于0，则返回false
// 2.2 若pin_count_大于0，则pin_count_自减一
// 2.2.1 若自减后等于0，则调用replacer_的Unpin
// 3 根据参数is_dirty，更改P的is_dirty_
std::scoped_lock lock{latch_};
if (page_table_.find(page_id) == page_table_.end()) {
return false;
}
Page *p = &pages_[page_table_[page_id]];
bool retval = p->pin_count_ > 0;
if (p->pin_count_ == 0) {
return false;
} else if (p->pin_count_ > 0) {
p->pin_count_--;
}
if (p->pin_count_ == 0) {
replacer_->unpin(page_table_[page_id]);
}
if (is_dirty) {
p->is_dirty_ = true; // 避免`p->is_dirty_`被`false`覆盖
}
return retval;
}
/**
* @description: 将目标页写回磁盘，不考虑当前页面是否正在被使用
* @return {bool} 成功则返回true，否则返回false(只有page_table_中没有目标页时)
* @param {PageId} page_id 目标页的page_id，不能为INVALID_PAGE_ID
*/
bool BufferPoolManager::flush_page(PageId page_id) {
// Todo:
// 0. lock latch
// 1. 查找页表,尝试获取目标页P
// 1.1 目标页P没有被page_table_记录 ，返回false
141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180181182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208209210
// 2. 无论P是否为脏都将其写回磁盘。
// 3. 更新P的is_dirty_
std::scoped_lock lock{latch_};
auto it = page_table_.find(page_id);
if (it == page_table_.end()) {
return false;
}
Page *p = &pages_[it->second];
disk_manager_->write_page(page_id.fd, page_id.page_no, p->data_, PAGE_SIZE);
p->is_dirty_ = false;
return true;
}
/**
* @description: 创建一个新的page，即从磁盘中移动一个新建的空page到缓冲池某个位置。
* @return {Page*} 返回新创建的page，若创建失败则返回nullptr
* @param {PageId*} page_id 当成功创建一个新的page时存储其page_id
*/
Page *BufferPoolManager::new_page(PageId *page_id) {
// 1. 获得一个可用的frame，若无法获得则返回nullptr
// 2. 在fd对应的文件分配一个新的page_id
// 3. 将frame的数据写回磁盘
// 4. 固定frame，更新pin_count_
// 5. 返回获得的page
std::scoped_lock lock{latch_};
frame_id_t victim;
if (!find_victim_page(&victim)) {
return nullptr;
}
page_id->page_no = disk_manager_->allocate_page(page_id->fd);
update_page(&pages_[victim], *page_id, victim);
replacer_->pin(victim);
pages_[victim].pin_count_ = 1;
return &pages_[victim];
}
/**
* @description: 从buffer_pool删除目标页
* @return {bool} 如果目标页不存在于buffer_pool或者成功被删除则返回true，若其存在于buffer_pool但无法删除则返回false
* @param {PageId} page_id 目标页
*/
bool BufferPoolManager::delete_page(PageId page_id) {
// 1. 在page_table_中查找目标页，若不存在返回true
// 2. 若目标页的pin_count不为0，则返回false
// 3. 将目标页数据写回磁盘，从页表中删除目标页，重置其元数据，将其加入free_list_，返回true
std::scoped_lock lock{latch_};
auto it = page_table_.find(page_id);
if (it == page_table_.end()) {
return true;
}
if (pages_[it->second].pin_count_ != 0) {
return false;
}
Page *page = &pages_[it->second];
if (page->is_dirty_) {
disk_manager_->write_page(page_id.fd, page_id.page_no, page->data_, PAGE_SIZE);
// page->is_dirty_ = false; // no need
}
memset(page, 0, sizeof(Page)); // 填充零
free_list_.push_back(it->second);
page_table_.erase(it);
return true;
}
/**
* @description: 将buffer_pool中的所有页写回到磁盘
* @param {int} fd 文件句柄
*/
void BufferPoolManager::flush_all_pages(int fd) {