disk_buffer_pool.h

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//
// Created by Longda on 2021/4/13.
//
#ifndef __OBSERVER_STORAGE_COMMON_PAGE_MANAGER_H_
#define __OBSERVER_STORAGE_COMMON_PAGE_MANAGER_H_

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>

#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>

#include <vector>

#include "rc.h"

typedef int PageNum;

//
#define BP_INVALID_PAGE_NUM (-1)
#define BP_PAGE_SIZE (1 << 12)
#define BP_PAGE_DATA_SIZE (BP_PAGE_SIZE - sizeof(PageNum))
#define BP_FILE_SUB_HDR_SIZE (sizeof(BPFileSubHeader))
#define BP_BUFFER_SIZE 50
#define MAX_OPEN_FILE 1024

typedef struct {
  PageNum page_num;
  char data[BP_PAGE_DATA_SIZE];
} Page;
// sizeof(Page) should be equal to BP_PAGE_SIZE

typedef struct {
  PageNum page_count;
  int allocated_pages;
} BPFileSubHeader;

typedef struct {
  bool dirty;
  unsigned int pin_count;
  unsigned long acc_time;
  int file_desc;
  Page page;
} Frame;

typedef struct {
  bool open;
  Frame *frame;
} BPPageHandle;

class BPFileHandle{
public:
  BPFileHandle() {
    memset(this, 0, sizeof(*this));
  }

public:
  bool bopen;
  const char *file_name;
  int file_desc;
  Frame *hdr_frame;
  Page *hdr_page;
  char *bitmap;
  BPFileSubHeader *file_sub_header;
} ;

class BPManager {
public:
  BPManager(int size = BP_BUFFER_SIZE) {
    this->size = size;
    frame = new Frame[size];
    allocated = new bool[size];
    for (int i = 0; i < size; i++) {
      allocated[i] = false;
      frame[i].pin_count = 0;
    }
  }

  ~BPManager() {
    delete[] frame;
    delete[] allocated;
    size = 0;
    frame = nullptr;
    allocated = nullptr;
  }

  Frame *alloc() {
    return nullptr; // TODO for test
  }

  Frame *get(int file_desc, PageNum page_num) {
    return nullptr; // TODO for test
  }

  Frame *getFrame() { return frame; }

  bool *getAllocated() { return allocated; }

public:
  int size;
  Frame * frame = nullptr;
  bool *allocated = nullptr;
};

class DiskBufferPool {
public:
  /**
  * 创建一个名称为指定文件名的分页文件
  */
  RC create_file(const char *file_name);

  /**
   * 根据文件名打开一个分页文件，返回文件ID
   * @return
   */
  RC open_file(const char *file_name, int *file_id);

  /**
   * 关闭fileID对应的分页文件
   */
  RC close_file(int file_id);

  /**
   * 根据文件ID和页号获取指定页面到缓冲区，返回页面句柄指针。
   * @return
   */
  RC get_this_page(int file_id, PageNum page_num, BPPageHandle *page_handle);

  /**
   * 在指定文件中分配一个新的页面，并将其放入缓冲区，返回页面句柄指针。
   * 分配页面时，如果文件中有空闲页，就直接分配一个空闲页；
   * 如果文件中没有空闲页，则扩展文件规模来增加新的空闲页。
   */
  RC allocate_page(int file_id, BPPageHandle *page_handle);

  /**
   * 根据页面句柄指针返回对应的页面号
   */
  RC get_page_num(BPPageHandle *page_handle, PageNum *page_num);

  /**
   * 根据页面句柄指针返回对应的数据区指针
   */
  RC get_data(BPPageHandle *page_handle, char **data);

  /**
   * 丢弃文件中编号为pageNum的页面，将其变为空闲页
   */
  RC dispose_page(int file_id, PageNum page_num);

  /**
   * 释放指定文件关联的页的内存， 如果已经脏， 则刷到磁盘，除了pinned page
   * @param file_handle
   * @param page_num 如果不指定page_num 将刷新所有页
   */
  RC force_page(int file_id, PageNum page_num);

  /**
   * 标记指定页面为“脏”页。如果修改了页面的内容，则应调用此函数，
   * 以便该页面被淘汰出缓冲区时系统将新的页面数据写入磁盘文件
   */
  RC mark_dirty(BPPageHandle *page_handle);

  /**
   * 此函数用于解除pageHandle对应页面的驻留缓冲区限制。
   * 在调用GetThisPage或AllocatePage函数将一个页面读入缓冲区后，
   * 该页面被设置为驻留缓冲区状态，以防止其在处理过程中被置换出去，
   * 因此在该页面使用完之后应调用此函数解除该限制，使得该页面此后可以正常地被淘汰出缓冲区
   */
  RC unpin_page(BPPageHandle *page_handle);

  /**
   * 获取文件的总页数
   */
  RC get_page_count(int file_id, int *page_count);

  RC flush_all_pages(int file_id);

protected:
  RC allocate_block(Frame **buf);
  RC dispose_block(Frame *buf);

  /**
   * 刷新指定文件关联的所有脏页到磁盘，除了pinned page
   * @param file_handle
   * @param page_num 如果不指定page_num 将刷新所有页
   */
  RC force_page(BPFileHandle *file_handle, PageNum page_num);
  RC force_all_pages(BPFileHandle *file_handle);
  RC check_file_id(int file_id);
  RC check_page_num(PageNum page_num, BPFileHandle *file_handle);
  RC load_page(PageNum page_num, BPFileHandle *file_handle, Frame *frame);
  RC flush_block(Frame *frame);

private:
  BPManager bp_manager_;
  BPFileHandle *open_list_[MAX_OPEN_FILE] = {nullptr};
};

DiskBufferPool *theGlobalDiskBufferPool();

#endif //__OBSERVER_STORAGE_COMMON_PAGE_MANAGER_H_