15445第一階段筆記+Buffer Pool（2019）
概念
page與frame
? 塊，頁，是對同一概念的不同叫法，取決于場景不同，其表述的都是磁盤上某一柱面上的連續扇區（固定數目），資料在磁盤和緩沖區（記憶體）之間傳輸，傳輸的單位就是塊（頁），
? 記憶體區是以定長的頁陣列的形式組織的，其中每一個陣列條目，被稱為一個幀（frame），當DBMS請求一個頁時，被請求頁的一份拷貝就被讀取進其中一個幀中，
? 所以，page和frame實際是指的是同一個概念，buffer pool中的叫做幀，磁盤與記憶體之間的傳輸單位的叫做page或者block，
page table
? 是一個Page ID到Frame ID的映射，Page ID是磁盤頁的屬性，不同的磁盤頁的Page ID不同，當磁盤頁被讀取進緩沖區時，該磁盤頁會在緩沖區中有一個位置，即Frame ID，緩沖區是Frame的定長陣列，一共只有buffer_pool_size大小的frame，所以，當磁盤頁讀進寫出，會存在不同的磁盤頁先后出現在同一個幀位置的情況，那么這個Page Table，就是保存當前頁ID到幀ID的映射，
page directory
? Page Directory中的每?個小格中包含有對應page所在位置，也包含它剩余空間資訊，通過Page Directory可以將page映射到記憶體或者磁盤上的某個位置
存盤結構
? 總的來說，資料庫內部的存盤結構可以總結為，Page Directory負責映射記憶體或者磁盤中的page，Page Table負責將page映射到buffer pool中的frame中，
? 而page內部的header和slot array來組織tuple存放，以下是page中的結構
? tuple內部的結構也是header+data，
專案
一些注意的地方
clock_replacer
-
replacer是一個定長陣列，但是clock_size不是定長，而是可以被victim的frame的總數，所以replacer實際上存放的是可以被替換的幀，clock_size初始為0，
-
clock_hand是遍歷replacer的指標，只有Victim()函式可以修改clock_hand指標，
buffer_pool_manager
pages_是buffer pool的幀陣列，
函式
clock_replacer
bool Victim(frame_id_t *frame_id)
1.進行回圈遍歷，掃描所有實際存在replacer中的幀，如果沒有可替換幀，則回傳false，
2.只查看實際在replacer中的幀，如果ref為1，則將ref修改為0，clock_hand++，如果ref為0，則將其標記為不在replacer中，clock_size--，并令*frame_id = clock_hand++，將該幀的frame_id傳出去，回傳true，
void Pin(frame_id_t frame_id)
將目標幀標記為不在replacer中，clock_size--，
void Unpin(frame_id_t frame_id)
將目標幀標記為在replacer中，clock_size++，同時將ref標記為true（clock_replacer中新添加幀的ref需標記為true），
buffer_pool_manager
FetchPageImpl(page_id_t page_id)
0.首先用latch上鎖
1.page_table_中是否存在page_id所對應的幀，如果存在，則直接回傳所對應的幀，并需要進行pin操作；若沒有則需要將磁盤中的page讀取到buffer pool中，即讀取到pages_中的一個幀的位置，
2.首先從free_list中尋找空閑幀，如果可以找到空閑幀，則go to 4；如果free_list為空，則呼叫replacer.Victim()獲得可替換幀的victim_frame_id，若沒有可替換幀，則回傳nullptr，
3.檢查victim_frame的臟讀位，如果臟讀位有效，則需要呼叫disk_manager_->WritePage()寫回到磁盤中，
4.進行victim_frame資料的讀取以及元資料的更新操作：
（1）清除victim_frame的頁表中的記錄，
（2）添加victim_frame的page_id到victim_frame_id的新映射，
（3）更新victim_frame（在pages_陣列中）的page_id，
（4）進行victim_frame的pin操作，pin_count++，呼叫者加1，并呼叫replacer_->pin()方法，
（5）victim_frame的臟讀位記為false，
（6）呼叫disk_manager_->ReadPage(page_id, pages_[victim_frame_id].data_)，將page的資料讀取到victim_frame中，
5.回傳pages_中victim_frame的地址，
Page* NewPageImpl(page_id_t *page_id)
0.首先用latch上鎖
1.首先從free_list中尋找空閑幀，如果可以找到空閑幀，則go to 3；如果free_list為空，則呼叫replacer.Victim()獲得可用幀的victim_frame_id，若沒有可用幀，則回傳nullptr，
2.檢查victim_frame的臟讀位，如果臟讀位有效，則需要呼叫disk_manager_->WritePage()寫回到磁盤中，
3.呼叫disk_manager_->AllocatePage()分配一個新的頁，記頁ID為page_id，然后進行victim_frame資料的清除以及元資料的更新操作：
（1）清除victim_frame的頁表中的記錄，
（2）添加victim_frame的page_id到victim_frame_id的新映射，
（3）更新pages_陣列中的victim_frame的page_id.
（4）記victim_frame的臟讀位為false
（5）清空victim_frame中的資料
（6）設定victim_frame的pin_count=1
4.回傳pages_中victim_frame的地址
bool DeletePageImpl(page_id_t page_id)
0.首先用latch上鎖
1.在page_table_中查找page_id是否存在對應的frame_id，如果不存在，則直接go to 4，
2.若page_table_[frame_id].pin_count不為0，則回傳false，
3.若目標幀的臟讀位為true，則呼叫disk_manager_->WritePage()將其寫回磁盤，
4.進行目標幀的重置操作：
（1）該目標幀不再進行replacer_->Victim()操作，所以呼叫replacer_->Pin(frame_id)，
（2）從page_table_中洗掉page_id的映射
（3）設定目標幀的pin_count=0，is_dirty_=false，data_清空，page_id=INVALID_PAGE_ID，
（4）加入free_list_中，
4.呼叫disk_manager_->DeallocatePage(page_id)，回傳true，
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