【CMU15-445 FALL 2022】Project #1 - Buffer Pool

**CMU15-445 FALL2022**

**项目#1 - 缓冲池**

**项目描述**

缓冲池是计算机系统中一个重要的组件，它用于缓存频繁访问的数据，以减少对磁盘或其他慢速存储设备的访问。缓冲池可以显著提高系统性能和吞吐量。

在这个项目中，我们将设计并实现一个简单的缓冲池系统，包括缓冲池管理器、缓冲块管理器以及缓冲块本身。我们的目标是实现一个高效且易于理解的缓冲池系统。

**缓冲池系统组件**

1. **缓冲池管理器 (Buffer Pool Manager)**：负责管理缓冲池中的缓冲块，包括分配、回收和维护缓冲块的状态。
2. **缓冲块管理器 (Block Manager)**：负责管理单个缓冲块，包括存储数据、维护缓冲块的状态以及与缓冲池管理器的通信。
3. **缓冲块 (Buffer Block)**：是缓冲池中一个单独的缓冲区域，用于存储实际数据。

**缓冲池系统设计**

### 缓冲池管理器

class BufferPoolManager:
 def __init__(self, num_blocks):
 self.num_blocks = num_blocks self.blocks = [None] * num_blocks # 初始化缓冲块列表 self.free_blocks = list(range(num_blocks)) # 初始化空闲缓冲块列表 def allocate_block(self):
 if not self.free_blocks: # 如果没有空闲缓冲块，则分配新缓冲块 return None block_id = self.free_blocks.pop()
 self.blocks[block_id] = None # 分配给用户使用 return block_id def free_block(self, block_id):
 if block_id < 0 or block_id >= self.num_blocks: # 如果缓冲块ID无效，则忽略 return self.free_blocks.append(block_id) # 回收缓冲块 self.blocks[block_id] = None def get_block_status(self, block_id):
 if block_id < 0 or block_id >= self.num_blocks: # 如果缓冲块ID无效，则返回None return None return self.blocks[block_id]

class BlockManager:
 def __init__(self, buffer_pool_manager):
 self.buffer_pool_manager = buffer_pool_manager def store_data(self, block_id, data):
 if not self.buffer_pool_manager.get_block_status(block_id): # 如果缓冲块未分配，则分配新缓冲块 block_id = self.buffer_pool_manager.allocate_block()
 self.buffer_pool_manager.free_block(block_id) # 回收刚分配的缓冲块 self.buffer_pool_manager.blocks[block_id] = data # 存储数据 def get_data(self, block_id):
 if not self.buffer_pool_manager.get_block_status(block_id): # 如果缓冲块未分配，则返回None return None return self.buffer_pool_manager.blocks[block_id]

class BufferBlock:
 def __init__(self, data=None):
 self.data = data

buffer_pool_manager = BufferPoolManager(10)
block_manager = BlockManager(buffer_pool_manager)

# 分配缓冲块并存储数据block_id = block_manager.buffer_pool_manager.allocate_block()
print(block_manager.store_data(block_id, "Hello, World!"))

# 获取数据print(block_manager.get_data(block_id))

# 回收缓冲块block_manager.buffer_pool_manager.free_block(block_id)