C++实现页面的缓冲区管理器

2022-11-13 13:11:31 页面管理器缓冲区

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

到此这篇关于c++实现页面的缓冲区管理器的文章就介绍到这了,更多相关C++缓冲区管理器内容请搜索以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持！

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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