cmu15-445 Project #1-Buffer Pool

TASK #1 - CLOCK REPLACEMENT POLICY

实现src/buffer/clock_replacer.cpp中的函数：

• Victim(): 使用时钟算法淘汰一个frame，从时钟的指针指向的地方开始，找出第一个ref=0的frame。如果所指向的frame的ref=1，那么将其ref置为0。然后更新clock hand
• Pin():
  在一个页面被pin的时候调用，将对应的frame直接移出clock_replacer
• Unpin():
  在page的pin_count_为0的时候调用，将frame插入clock_replacer。
• Size()
  返回clock_replacer中frame的数量。

TASK #2 - BUFFER POOL MANAGER

Task2为实现db中的BufferPoolManager，BufferPoolManager负责将Disk中的页面抓取到内存中。另外BufferPoolManager还负责将脏页写回disk，这种情况由主动调用还有淘汰一个页面时触发。
内存中的页面都使用Page对象来表示，每一个Page都存储了对应 disk位置中一个block的内容。需要注意的时在BufferPoolManager中会重用Page对象，同一个Page可能是多个disk区域的映射，Page使用page_id来记录该Page包含哪一个物理页面，如果一个Page对象中不包含物理页面，那么page_id应被设为INVALID_PAGE_ID。
每一个Page对象都会维护一个计数器来记录有多少个线程pin住该页。BufferPoolManager不允许一个Pinned Page被释放掉。Page对象中还记录了对应的页面是否为脏页，在实验中需要实现一个页面变为Unpinned之前该页是否被修改过。

实现src/buffer/buffer_pool_manager.cpp中的函数：

• FetchPageImpl(page_id)
  将page_id对应的页面加载到内存，如果page_table_中已经存在对应的页面，那么证明该页面已经加载到内存，将Page的pin_count_增加1后直接返回。如果page_table_中没有相关的item，那么要从free_list_或者replacer中找出一个页来作为对应页面的缓存。free_list中存储的时frame_id_t，可以通过pages_[frame_id]来访问对应的Page。查看free_list是否有可用页面，如果有则将队首的页面pop出来。删除page_table_中的过期的映射关系，如果获取的页面为脏页，那么需要将frame中的内容写回硬盘。然后更新Page的metadata，包括将is_dirty设为false，将page_id设为新的page_id，将pin_count_设为1。最后将page_id从硬盘加载到Page上。

• NewPageImpl(page_id)
  在buffer pool中创建一个新页，page_id通过disk_manager->AllocatePage获取，为全新的page_id。类似于FechPageImpl，从free_list_或者replacer中获取可用的frame，删除page_table_中的过期的映射关系，如果frame对应的Page为脏页需要将Page的data写回硬盘。在page_table_中建立page_id和frame_id_t的映射，更新Page的metadata，其中包括将is_dirty设为false，将page_id设为新的page_id，将pin_count_设为1，将memory reset掉。

• UnpinPageImpl(page_id, is_dirty)
  upin一个page意味着有一个用户结束了对page_id对应Page的使用，如果pin_count_ <= 0，直接返回false。否则pin_count减1，减1后如果pin_count_为0，那么将对应frame放入replacer中，最后返回true。

• FlushPageImpl(page_id)
  将page_id对应的Page中的data写回硬盘

• DeletePageImpl(page_id)
  从buffer pool中回收一个页面到free_list_，如果page_table_中不存在对应的映射，直接返回true。如果page_table中存在对应的页面，且该页面的pin_count_不为0，返回false。如果pin_count_为0，删除page_table_中对应的item，将对应的frame放回free_list_。

• FlushAllPagesImpl()
  将buffer pool中所有的页面都写回硬盘