存储和缓冲管理

实验目的

实现一个简易的存储和缓冲管理器

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缓冲区和页面

缓冲区Buffer代表了在主存中的空间
缓冲区由frame组成
frame由下面的数据结构表示

#define FRAMESIZE 4096
    struct bFrame{
        Char field[FRAMESIZE];
    };

缓冲区buffer数组(array)会存储一系列frame(存储已装载的page)，这个array如下所示：

    #define DEFBUFSIZE 1024
    bFrame buf[DEFBUFSIZE]

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页面Page格式

在这个项目中，我们不需要提及page的具体结构。只关心页面id和页面大小，所以不需要设计页面格式。

文件File格式

我们建议使用基于目录的结构区组织数据库文件。每个文件都有一个起始页(它包含了指向文件所有页的指针)，使用基于目录的好处在于当指定某一个特定页面时，这样更加快捷。

缓冲技术(Buffer Technique)

我们选择LRU作唯一的置换算法，好处自然不必多说

哈希技术(Hashing Technique)

对于缓冲中的每个frame，都必须要有一个BCB被保存(buffer control block)。它包含了一个page_id,frame_id,fix_count,dirty_bit.
两个哈希表需要被保存，第一个是page_id对应frame_id和BCB,第二个是frame_id对应page_id.
我们建议使用简单的静态哈希技术。
哈希函数会像是
H(K)=(page_id)%buffer_size
对于page_id到BCB的哈希表会像是：BCB hTable[BufferSize]
对于frame_id到page_id的哈希表会像是：int hTable[BufferSize]

struct BCB{
    BCB();
    int page_id;
    int frame_id;
    int count;
    int dirty;
    BCB *next;
};

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文件存储

在此项目中，我们只需要磁盘上的一个物理文件，所有数据库中的数据都会存在这一个文件中，命名为data.dbf.

类设计

<font color="green">数据存储管理类</font>

class DSMgr{
    public:
        DSMgr();
        int OpenFile(String filename);
        int CloseFile();
        bFrame ReadPage(int page_id);
        int WritePage(int frame_id, bFrame frm);
        int Seek(int offset, int pos);
        FILE * GetFile();
        void IncNumPages();
        int GetNumPages();
        void SetUse(int index, int use_bit);
        int GetUse(int index);
    private:
        FILE *currFile;
        int numPages;
        int Pages[MAXPAGES];
}

<font color="green">缓冲区管理</font>

class BMgr{
    public:
        BMgr();
        int FixPage(int page_id, int prot);
        void NewPage FixNewPage();
        int UnfixPage(int page_id);
        int NumFreeFrames();
        int SelectVictim();
        int Hash(int page_id);
        void RemoveBCB(BCB * ptr,int page_id);
        void RemoveLRUEle(int frid);
        void SetDirty(int frame_id);
        void UnsetDirty(int frame_id);
        void WriteDirtys();
        PrintFrame(int frame_id);
    private:
        int ftop[DEFBUFSIZE];
        BCB * ptof[DEFBUFSIZE];
}

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对类中函数的解释(顶奥)

缓冲类接口函数

• FixPage(int page_id,int prot)

  原型FixPage(Page_id,protection)，返回一个frame_id.这个函数是为了判断页面是否存在于缓冲区，并返回对应的frame_id；如果这个页面并不在缓冲区内，它会选择一个victim page(牺牲页？)，如果需要的话，将它载入。

• FixNewPage()

  原型FixNewPage()，返回一个page_id和frame_id。这个函数在插入(索引分割、对象创建)时，需要一个新页面。这个函数会找到一个空页面供上层使用。

• UnfixPage(int page_id)

  原型UnfixPage(int page_id)，返回一个frame_id.这个函数是前两个函数的补足。这个函数会消耗frame上的fix count，如果count减少至0，如果被选中的话这个frame可以被移除，page_id 变换成frame_id，并且可以被选成牺牲页，如果该页面上的count已经降低至0.

• NumFreeFrames()

  这个函数查看缓冲区，返回缓冲区中可以被使用的页面的个数

• SelectVictim()

  这个函数选择一个frame被取代。如果被选择frame的dirty位已经被置，那么这个页面需要被写回磁盘。

• Hash(int page_id)

  返回frame_id

• RemoveBCB(BCB *ptr, int page_id)

  这个函数根据page_id从数组中移除BCB。仅当SelectVictim()函数需要替换一个frame。

• RemoveLRUEle(int frid)

  从列表中移除LRU元素？？？

• SetDirty(int frame_id)

  设置frame_id的脏位。脏位是用来知道是否要将frame写出。bit=1->will be written,otherwise will not be written

• UnsetDirty(int frame_id)

  设置frame_id的脏位为0.当setDirty函数被调用，但是该页面在当前还有联系，在这种情况下，该页面不需要被写回，因为他不想现在被保存。

• WriteDirtys()

  这个函数只有当系统关机时调用，这个函数将会把所有脏位为1的页面写回内存

• PrintFrame(int frame_id)

  根据frame_id打印frame内容

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数据存储类接口函数

• OpenFile(string filename)

  任何时间，当一个文件需要被读或者写，根据文件名打开文件

• CloseFile()

  当数据文件需要被关闭调用

• ReadPage(int page_id)

  被缓冲区管理的FixPage调用，返回他已经读到的内容。这个函数调用fseek()和fread()去从一个文件中获取数据

• WritePage(int frame_id, bFrame frm)

  每当一个页面从缓冲区中调出，这个函数就会被调用。返回已经写了多少字节，这个函数采用fseek和fwrite往file里写文件

• Seek(int offset, int pos)

  移动文件指针

• GetFile()

  获取当前文件

• IncNumPages()

  增加page计数

• GetNumPages()

  返回page计数

• SetUse(int page_id, int use_bit)

  有个数组保存被使用的页面，这个函数设置指定页面的被使用位

• GetUse(int page_id)

  返回指定page_id的使用位

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草图.png