4 min read

CMU 15-445/645 fall2024 p1

15445 C++DataBaseBufferPool

在服务器内按照 bustub 文档完成开发环境配置后，P1 主要实现了 Buffer Pool 的核心路径：替换器、异步磁盘调度、页面 Guard，以及 BufferPoolManager 的页面生命周期管理。和 P0 一样，public 指模板仓库远程，origin 指我自己的远程仓库，日常开发在本地仓库完成。

Git 命令

git pull public master # 拉取模板更新
git push origin main   # 推送本地提交

lru_k_replacer.cpp

lru_k_replacer.cpp 实现了 LRU-K 替换器（按 backward k-distance 选择 victim）：

  • LRUKReplacer(...) 在 src/buffer/lru_k_replacer.cpp:19 初始化容量、k 值和内部容器。
  • Evict 在 src/buffer/lru_k_replacer.cpp:21 选择可驱逐帧：优先处理访问次数不足 k 次的帧，否则比较 backward k-distance，最终移除 victim 并更新可驱逐数量。
  • RecordAccess 在 src/buffer/lru_k_replacer.cpp:75 记录访问时间戳，并维护每帧最近 k 次访问历史。
  • SetEvictable 在 src/buffer/lru_k_replacer.cpp:89 切换帧可驱逐状态，同步更新 size。
  • Remove 在 src/buffer/lru_k_replacer.cpp:112 删除指定帧（要求可驱逐）。
  • Size 在 src/buffer/lru_k_replacer.cpp:131 返回当前可驱逐帧数量。

disk_scheduler.cpp

disk_scheduler.cpp 实现了基于后台线程的异步磁盘调度：

  • DiskScheduler(...) 在 src/storage/disk/disk_scheduler.cpp:18 启动 worker 线程。
  • ~DiskScheduler 在 src/storage/disk/disk_scheduler.cpp:23 发送停止信号并 join，确保线程有序退出。
  • Schedule 在 src/storage/disk/disk_scheduler.cpp:31 将读写请求入队（请求里带 promise 用于完成通知）。
  • StartWorkerThread 在 src/storage/disk/disk_scheduler.cpp:33 循环取队列任务，调用 DiskManager::ReadPage/WritePage，完成后设置 promise。

page_guard.cpp

page_guard.cpp 用 RAII 管理页面 latch 与 pin/unpin，避免资源泄漏：

  • ReadPageGuard 构造在 src/storage/page/page_guard.cpp:30，接管读锁页面。
  • 读 Guard 的移动构造/赋值在 src/storage/page/page_guard.cpp:52、src/storage/page/page_guard.cpp:79，保证所有权安全转移。
  • ReadPageGuard::Drop 在 src/storage/page/page_guard.cpp:132 释放锁、减少 pin，并在合适时更新 replacer 状态。
  • WritePageGuard 构造在 src/storage/page/page_guard.cpp:173，接管写锁页面。
  • 写 Guard 的移动构造/赋值在 src/storage/page/page_guard.cpp:196、src/storage/page/page_guard.cpp:223。
  • WritePageGuard::Drop 在 src/storage/page/page_guard.cpp:284 做写路径释放，保证 dirty/pin/replacer 状态一致。

buffer_pool_manager.cpp

buffer_pool_manager.cpp 是 P1 主体，负责管理 frame/page 的完整生命周期：

  • FrameHeader::Reset 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:44 重置 frame 元数据（包括 page_id_）。
  • ScheduleDiskWrite/Read 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:109、src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:116 封装异步 IO 与等待逻辑。
  • FetchPage 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:123 处理命中和缺页：命中则增加 pin 并记录访问；缺页则从 free list/replacer 选帧，必要时刷脏页，再读入目标页并更新页表。
  • NewPage 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:194 分配新页号并绑定 frame，初始化页面与元数据。
  • DeletePage 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:226 删除页面：被 pin 时返回失败；否则移除页表/replacer 项并回收 frame。
  • CheckedWritePage / CheckedReadPage 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:288、src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:320 返回 WritePageGuard/ReadPageGuard（失败返回 std::nullopt）。
  • FlushPage 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:394 将单页写回磁盘并清除 dirty。
  • FlushAllPages 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:440 批量刷盘所有缓冲页。
  • GetPinCount 在 src/buffer/buffer_pool_manager.cpp:479 读取页面 pin 次数，便于测试与调试。

生成提交包

1.打包（与这次通过的文件列表一致） rm -f project1-submission.zip zip project1-submission.zip
src/include/buffer/lru_k_replacer.h
src/buffer/lru_k_replacer.cpp
src/include/buffer/buffer_pool_manager.h
src/buffer/buffer_pool_manager.cpp
src/include/storage/disk/disk_scheduler.h
src/storage/disk/disk_scheduler.cpp
src/storage/page/page_guard.cpp
src/include/storage/page/page_guard.h

2.把签名文件加进 zip（首次会交互生成 GRADESCOPE.md） python3 gradescope_sign.py

3.检查提交包内容 unzip -l project1-submission.zip