【项目日记(五)】第二层: 中心缓存的具体实现(上)

//管理多个连续页的大块内存跨度结构,centralcache的哈希桶中链接的就是这种结构
class SpanData
{
public:
  PAGE_ID _pageid = 0;//32位下,程序地址空间,2^32byte,一页8kb=2^13byte,一共有2^19页
  size_t _n = 0;//页数
  SpanData* _next = nullptr;
  SpanData* _prev = nullptr;
  size_t _useCount = 0;//span中切分好的小对象有几个被使用了
  void* _freeList = nullptr;//切分好的小块内存的自由链表
  bool _isUse = false; //这个span是否正在被使用,若没有被使用则可能被pagecache合并成为大页
  size_t _objSize = 0; //切分好的小对象的大小,方便后面删除的时候可以直接知道它的大小
};
class SpanList//双向带头循环链表
{
public:
  SpanList()
  {
    _head = new SpanData;
    _head->_next = _head;
    _head->_prev = _head;
  }
  SpanData* Begin()
  {
    return _head->_next;
  }
  SpanData* End()
  {
    return _head;
  }
  bool Empty()//判断这个桶中是不是没有span
  {
    return _head->_next == _head;
  }
  void Insert(SpanData* pos, SpanData* newSpan)
  {
    assert(pos && newSpan);
    SpanData* prev = pos->_prev;
    prev->_next = newSpan;
    newSpan->_prev = prev;
    newSpan->_next = pos;
    pos->_prev = newSpan;
  }
  void Erase(SpanData* pos)
  {
    assert(pos);
    assert(pos != _head);
    /*if (pos == _head)
    {
      int x = 0;
    }*/
    SpanData* prev = pos->_prev;
    SpanData* next = pos->_next;
    prev->_next = next;
    next->_prev = prev;
  }
  void PushFront(SpanData* span)
  {
    Insert(Begin(), span);
  }
  SpanData* PopFront()
  {
    SpanData* front = _head->_next;
    Erase(front);
    return front;//erase中没有将此节点释放
  }
  SpanData* _head = nullptr;
  std::mutex _mtx;//桶锁
};

lass CentralCache
{
public:
  static CentralCache* GetInstance()
  {
    return &_singleton;
  }
  // 从中心缓存获取一定数量的对象(小块儿内存)给thread cache
  size_t FetchRangeObj(void*& start, void*& end, size_t massNum, size_t size);//拿n个内存对象,大小是byte_size,start和end是输出型参数
  // 从SpanList获取一个非空的span
  SpanData* GetOneSpan(SpanList& list, size_t size);
  // 将ThreadCache返回来的内存重新挂在CentralCache的span
  void ReleaseListToSpans(void* start, size_t byte_size);
private:
  CentralCache(){}
  CentralCache(const CentralCache&) = delete;
private:
  SpanList _spanlist[N_FREE_LIST];//中心缓存的桶映射规则和Thread一样,208个桶
  static CentralCache _singleton;//单例模式
};
CentralCache CentralCache::_singleton = new CentreaCache();

size_t CentralCache::FetchRangeObj(void*& start, void*& end, size_t massNum, size_t size)
{
  size_t index = AlignmentRule::Index(size);//找到对应的哈希桶
  _spanlist[index]._mtx.lock();//加锁
  SpanData* span = GetOneSpan(_spanlist[index], size);//从桶中获取一个span结构
  assert(span && span->_freeList);
  //从span中获取massnum个对象,若没有这么多对象的话,有多少就给多少
  start = span->_freeList;//把start指向首地址
  end = start;
  int factcount = 1;//实际分配给线程缓存的对象个数
  int i = 0;
  while (*(void**)end != nullptr && i< massNum - 1)
  {
    end = *(void**)end;
    i++;
    factcount++;
  }
  span->_useCount += factcount;
  span->_freeList = *(void**)end;
  *(void**)end = nullptr;
  _spanlist[index]._mtx.unlock();//解锁
  return factcount;
}

SpanData* CentralCache::GetOneSpan(SpanList& list, size_t size)
{
  SpanData* it = list.Begin();
  //遍历centralcache的中固定桶的所有span,若找到有不为空的freelist,则直接返回
  while (it != list.End())
  {
    if (it->_freeList != nullptr)//如果中心缓存有非空span,直接返回
      return it;
    else
      it = it->_next;
  }
  //先把centralcache的桶锁解除,这样如果其他线程释放内存对象回来不会阻塞
  list._mtx.unlock();
  //走到这儿证明这个桶中没有span小对象了,去找pagecache要span
  //直接在这里将页缓存结构加锁,Newspan内就不用加锁了
  PageCache::GetInstance()->_mtx.lock();
  SpanData* span = PageCache::GetInstance()->NewSpan(AlignmentRule::NumMovePage(size));//传的参数是要申请的页数,size越大对应的页就应该越大
  span->_isUse = true;//将这个span的状态修改为正在使用
  span->_objSize = size;
  PageCache::GetInstance()->_mtx.unlock();
  //下面的内容不需要加锁,因为获取到的span只有我这个线程有,其他线程访问不到
  char* address = (char*)((span->_pageid) << PAGE_SHIFT); //这个页的起始地址是页号*8*1024,第0页的地址是0,以此类推
  size_t bytes = span->_n << PAGE_SHIFT; //计算这个span总共有多少个字节,用_n(页数)*8*1024
  //接下来要将这个span的大块内存切分成小块内存用自由链表连接起来
  char* end = address + bytes;//address和end对应空间的开头和结尾
  //1. 先切一块下来去做头,方便后续尾插
  span->_freeList = address;
  address += size;
  void* cur = span->_freeList;
  while (address < end)//2. 遍历空间尾插
  {
    *(void**)cur = address;
    cur = *(void**)cur;
    address += size;
  }
  *(void**)cur = nullptr;
  //插入时需要加锁,否则指向可能乱掉
  list._mtx.lock();
  list.PushFront(span);
  return span;
}