【项目日记(七)】第三层: 页缓存的具体实现(上)

//单例模式
class PageCache
{
public:
  static PageCache* GetInstance()
  {
    return &_singleton;
  }
  //获取一个K页的span
  SpanData* NewSpan(size_t k);
  std::mutex _mtx;//pagecache不能用桶锁,只能用全局锁,因为后面可能会有大页被切割为小页
  // 获取从对象到span的映射,给我一个地址,返回这个地址对应的span
  SpanData* MapObjectToSpan(void* obj);
  // 释放空闲span回到Pagecache，并合并相邻的span
  void ReleaseSpanToPageCache(SpanData* span);
private:
  PageCache(){}
  PageCache(const PageCache& obj) = delete;
private:
  std::unordered_map<PAGE_ID, SpanData*> _idSpanMap;//存储页号和桶中对应的span的映射,解决换回来的内存对应哪个span的问题
  SpanList _spanList[N_PAGES];
  static PageCache _singleton;
};

SpanData* PageCache::NewSpan(size_t k)//去第K个桶中找span给central,此i号桶中挂的span都是i页内存
{
  //若K桶中有,直接返回,K桶没有span就往后找去分裂大span
  assert(k > 0);
  if (k > N_PAGES - 1)//如果申请的页数大于了128页,pagecache只能向堆申请了
  {
    void* ptr = SystemAlloc(k);
    SpanData* span = new SpanData();
    span->_pageid = (PAGE_ID)ptr >> PAGE_SHIFT;
    span->_n = k;
    _idSpanMap[span->_pageid] = span;
    return span;
  }
  //先检查K号桶有无span,有直接返回一个
  if (!_spanList[k].Empty())
  {
    SpanData* KSpan = _spanList[k].PopFront();
    for (PAGE_ID i = 0; i < KSpan->_n; i++)
      _idSpanMap[KSpan->_pageid + i] = KSpan;
    return KSpan;
  }
  //走到这儿代表k号桶为空,检查后面的桶有没有span,拿出来分裂成两个小span
  for (int i = k + 1; i < N_PAGES; i++)
  {
    if (!_spanList[i].Empty())//k页的span返回给centralcache,i-k页的span挂到i-k号桶中
    {
      SpanData* ISpan = _spanList[i].PopFront();
      SpanData* KSpan = new SpanData;
      KSpan->_pageid = ISpan->_pageid;
      KSpan->_n = k;
      ISpan->_pageid += k;//把头K页切分给KSpan
      ISpan->_n -= k; //页数从i变为i-k
      _spanList[ISpan->_n].PushFront(ISpan);//再将后i-k页分配给i-k号桶
      //存储Ispan的首尾页号跟ISpan的映射关系
      // 这里只需要映射首尾页而不需要像下面一样全部页都映射,因为下面切分出去的span会被切分为小块儿内存
      // 这些小块儿内存都有可能被使用,所以当它们还回来时这些小块儿内存可能映射的是不同的页,但这些页都属于这个KSpan
      // 然而ISpan中不会被切分为小块儿内存,它只需要关心是否和它的前后页合并,所以这里只需要映射首尾页号与ISpan的关系
      // ISpan作为要合并页的前面,如1000页要合并ISpan是1001页,那么1001到1001+n都是空闲的!ISpan作为要合并页的后面,如100页要合并ISpan是999页,那么999-n都是空闲的!
      //_idSpanMap[ISpan->_pageid] = ISpan;
      //_idSpanMap[ISpan->_pageid + ISpan->_n - 1] = ISpan;
      _idSpanMap.set(ISpan->_pageid, ISpan);
      _idSpanMap.set(ISpan->_pageid + ISpan->_n - 1, ISpan);
      //建立id和span的映射关系,方便centralcache回收小块内存时查看哪块内存在哪块span
      for (PAGE_ID i = 0; i < KSpan->_n; i++)//返回的KSpan中一共有n页,并且每一页的页号都对应KSpan这个地址
        _idSpanMap[KSpan->_pageid + i] = KSpan;
      return KSpan;
    }
  }
  //走到这里说明后面所有的桶都没有span了
  //这时需要向堆申请一个128页的span再拿来做切分
  SpanData* bigSpan = _spanPool.New();
  void* ptr = SystemAlloc(N_PAGES - 1);
  bigSpan->_pageid = (PAGE_ID)ptr >> PAGE_SHIFT;
  bigSpan->_n = N_PAGES - 1;
  _spanList[bigSpan->_n].PushFront(bigSpan);//将这个128页的span插入到桶中
  return NewSpan(k);//再次调用自己,这次一定会在前面的for循环处返回
}

inline static void* SystemAlloc(size_t kpage)//申请kpage页内存
{
#ifdef _WIN32
  void* ptr = VirtualAlloc(0, kpage << PAGE_SHIFT, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE);
#else
  // linux下brk mmap等直接向系统申请内存的方式
#endif
  if (ptr == nullptr)
    throw std::bad_alloc();
  return ptr;
}