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- package core
- import (
- "encoding/binary"
- "fmt"
- "time"
- "unsafe"
- "git.ycl.pub/yl32940/TsDB2/DB/core/page"
- )
- // 编译期断言: 钉死 HeaderPage 的盘上布局 —— 字段重排/增删都会在这里编译失败,
- // 而不是让 analyzer 的硬编码偏移静默读错。
- //
- // 布局分组 (v11 重排, 全部标量字段 8 字节对齐、零对齐填充):
- //
- // [0,16) 标识与分配: Magic/Version/PageSize/NextFreePage
- // [16,48) 时间与事务: CreateTime/ModifyTime/NextTxnID/GlobalFlags (8 字节标量)
- // [48,76) 表/空闲链/WAL: TablePage/TableCount/FreePageStart/FreePageEnd/
- // FreePageCount/FirstWALPage/LastWALPage (4 字节标量, 两两紧邻无填充)
- // [76,332) 扩展: ExtConfigHdr[8] (预留) + HeaderCrc uint32 (偏移 84,
- // 整页 XXH32 校验, 写入前由 PrepareWrite 生成) + ExtConfig[244]
- // [332,4096) 介绍区: Comment[3764] — 占满头页余下全部空间 (建库默认写入
- // 当前版本的功能介绍与修复点, 见 VersionComment; 用户可用
- // DB.SetComment 改写, 上限即本字段容量)
- //
- // 8 字节标量全部排在前半段 (偏移 16~48), 4 字节标量排在后半段 (偏移 48~76),
- // 任何字段后面都不留填充字节。
- var (
- // 整体头页结构体必须严格等于4K
- _ [PageSize4K - unsafe.Sizeof(HeaderPage{})]struct{}
- _ [unsafe.Sizeof(HeaderPage{}) - PageSize4K]struct{}
- // FreePageEnd 紧跟 FreePageStart,间隔4字节
- _ [unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.FreePageEnd) - (unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.FreePageStart) + 4)]struct{}
- // 锁定各个字段偏移
- _ [16]byte = [unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.CreateTime)]byte{}
- _ [24]byte = [unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.ModifyTime)]byte{}
- _ [32]byte = [unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.NextTxnID)]byte{}
- _ [40]byte = [unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.GlobalFlags)]byte{}
- _ [84]byte = [unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.HeaderCrc)]byte{}
- _ [332]byte = [unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.Comment)]byte{}
- // Comment 区域大小校验
- _ [PageSize4K - 332]byte = [unsafe.Sizeof(HeaderPage{}.Comment)]byte{}
- )
- // 数据库全局头页(PageID=0 固定)
- type HeaderPage struct {
- Magic [4]byte // 0 魔术字,识别文件类型
- Version uint32 // 4 版本
- PageSize uint32 // 8 每页大小(比如 4096)
- NextFreePage uint32 // 12 下一个可用空闲页
- CreateTime int64 // 16 建库时间 (纳秒)
- ModifyTime int64 // 24 最近修改时间 (纳秒)
- NextTxnID uint64 // 32 下一个事务 ID
- GlobalFlags uint64 // 40 全局状态
- TablePage uint32 // 48 【唯一重要】表链起始页ID
- TableCount uint32 // 52 表数量
- FreePageStart uint32 // 56 空闲页链表头
- FreePageEnd uint32 // 60 空闲页链表尾 (0 = 空闲链为空)。
- // 不变量: FreePageStart == 0 当且仅当 FreePageEnd == 0,
- // 两者必须同生同灭 (摘链/还链处维护)。
- FreePageCount uint32 // 64 空闲页数量
- FirstWALPage uint32 // 68 未恢复的 WAL 链首页 ID (0=无待恢复WAL)
- LastWALPage uint32 // 72 WAL 链尾页 ID (追加写入用)
- //将来以后可以是 前 4 字节:`ExtVer` 扩展区版本号 后 4 字节:`ExtFlags` 扩展特性标记位 `ExtVer == 0`:旧库,
- //`ExtConfig`区域未初始化,忽略解析 `ExtVer >=1`:按对应版本解析 244 字节扩展配置 ExtFlags- `bit0`:数据库只读标记
- //- `bit1`:启用页级独立校验(除头页 CRC 外,普通数据页单独校验)
- //- `bit2`:启用数据压缩
- //- `bit3`:启用加密,密钥索引放在 ExtConfig 里面
- //- `bit4`:WAL 持久化模式标记
- //- 其余 bit 预留,未来新增特性
- ExtConfigHdr [8]byte // 76 扩展配置: 头 8 字节 (预留, 保持 84 前不动) 扩展配置
- HeaderCrc uint32 // 84 整页 XXH32 校验 (写入前由 PrepareWrite 生成;
- // 旧 v11 库该字段为 0 = 无校验, 首次写头页自动生成)
- ExtConfig [244]byte // 88 扩展配置其余
- Comment [PageSize4K - 332]byte // 332 数据库介绍区 (3764B, 占满整页余下空间;
- // 建库默认写入 VersionComment, 可用 DB.SetComment 改写)
- }
- // CalcHeaderCrc 计算整页 4096 字节的 XXH32。计算期间临时把 HeaderCrc 字段
- // 清零 (CRC 的覆盖范围是"除 CRC 自身外的整页"), 算完恢复原值 —— 本方法
- // 不改变结构体状态, 可随意调用。
- //
- // 序列化方式与 ReadHeader/writeHeaderLocked 一致 (unsafe 直映, 小端机
- // 内存布局即盘上布局), 所以这里算出的值与盘上字节严格对应。
- func (h *HeaderPage) CalcHeaderCrc() uint32 {
- buf := (*[PageSize4K]byte)(unsafe.Pointer(h))[:]
- off := int(unsafe.Offsetof(HeaderPage{}.HeaderCrc))
- saved := binary.LittleEndian.Uint32(buf[off : off+4])
- binary.LittleEndian.PutUint32(buf[off:off+4], 0)
- crc := XXH32(buf)
- binary.LittleEndian.PutUint32(buf[off:off+4], saved)
- return crc
- }
- // Validate 打开数据库时的头页校验。
- //
- // - Magic 必查;
- // - CRC: 版本 11 且 HeaderCrc == 0 视为【旧 v11 库】—— 该字段在旧库里是
- // ExtConfig 预留区, 恒为 0 —— 跳过校验, 首次 PrepareWrite 会自动生成
- // CRC (版本号不变, 同号文件自动升级出校验能力);
- // 其余情况 (v11 已带 CRC, 或未来 v12+) 一律校验, 不匹配返回错误。
- func (h *HeaderPage) Validate() error {
- if h.Magic != Magic {
- return fmt.Errorf("invalid database file: bad magic %v, expected %v", h.Magic, Magic)
- }
- if h.Version == Version && h.HeaderCrc == 0 {
- return nil // 旧 v11: 无 CRC, 跳过
- }
- if got := h.CalcHeaderCrc(); got != h.HeaderCrc {
- return fmt.Errorf("头页 CRC 校验失败: 期望 %08x, 实际 %08x —— 文件可能损坏或不是 VRTX 数据库", h.HeaderCrc, got)
- }
- return nil
- }
- // PrepareWrite 头页落盘前调用: 计算整页 XXH32 写入 HeaderCrc 字段。
- //
- // 所有头页写都汇聚在 File.writeHeaderLocked 一处, 该方法在那里被统一调用,
- // 因此任何路径 (Commit / 页分配 / SetComment / VACUUM ...) 出盘的头页
- // CRC 都是最新的。对旧 v11 库, 这一步同时就是"自动生成 CRC"的升级点。
- func (h *HeaderPage) PrepareWrite() {
- h.HeaderCrc = h.CalcHeaderCrc()
- }
- // newPageWithReader 分配新页:优先从空闲链表头取, 否则递增分配。
- // 必须带读盘能力 —— 空闲链的 next 存在页头 PageHdr.NextPage, 不读页就摘不下来。
- //
- // writePage 用来把摘到的页擦成"干净空白页"(可为 nil, 表示调用方自己保证整页覆写)。
- //
- // 为什么擦页必须发生在这个入口:
- // - 空闲链上的页是回收来的, 而 recycleChain 是 O(1) 拼接 —— 只改写链尾 1 页,
- // 链内页的正文一个字节都不动 (逐页覆写就把 O(1) 打回 O(n), DropTable 的堆链、
- // 提交后的整条 WAL 链正是靠它才不慢)。于是这些页在盘上留着它上一世的内容:
- // 典型是 WAL 页 (Type=7、UseSize=16384、NextPage 还指着旧 WAL 链)。
- // - 分配方拿到页号后只要有一次"先读后写", 读到的就是这些残存字节。历史上
- // IndexMetaPage.Init 正是这么把整页 WAL 残留当成 IndexMeta 数组解析出 91 条垃圾
- // 元数据 (EntryPage=16777216), 最终让 DROP TABLE 拿着垃圾页号去 FreePage:
- // 写到几十 GB 偏移、稀疏文件暴涨到 40GB、DROP 假死 52s。
- // - 这条不变量以前靠"每个调用点自己记得整页覆写"维持 (当时十几个调用点确实都做到了),
- // 但它散在十几个地方, 违约的代价是静默的数据错乱而不是报错。现在收到唯一入口上:
- // 凡是 NewPage 交出的页, 盘上/池里一定是"全 0 + 自述页号"。
- //
- // 为什么用 writePage (= File.WritePage, 走缓冲池) 而不是直写盘:
- // 调用方紧接着的整页写入会覆盖池里同一份缓存, 因此不额外产生物理 IO, 顺带把池里
- // 可能残留的陈旧副本一并覆盖; 未启用缓冲池时退化为一次直写 (每页一次, 不是每行一次)。
- func (header *HeaderPage) newPageWithReader(readPage func(uint32, []byte) error,
- writePage func(uint32, []byte) error) uint32 {
- var pid uint32
- if header.FreePageStart != 0 {
- pid = header.FreePageStart
- buf := make([]byte, PageSize)
- if err := readPage(pid, buf); err == nil {
- // 空闲页与其它页一样符合 PageHdr: 下一个空闲页 ID 存在页头的 NextPage
- next := page.HdrOf(buf).NextPage
- header.FreePageStart = next
- if next == 0 {
- // 摘完链表就空了, 尾指针必须跟着清零, 否则留下悬垂尾指针
- header.FreePageEnd = 0
- }
- header.FreePageCount--
- } else {
- // 读失败,回退到递增分配
- pid = header.NextFreePage
- header.NextFreePage++
- }
- } else {
- pid = header.NextFreePage
- header.NextFreePage++
- }
- if writePage != nil {
- // 页头只留自述页号 (Type=0 未定型、UseSize=页头长), 其余字节全 0。
- // 自述页号不是可有可无的: loadMetas / Init 这类"读盘重建"的路径会校验
- // Hdr.PageID == pageID, 靠它挡住"页号复用错了"的误读。
- clean := make([]byte, PageSize)
- page.HdrOf(clean).Init(0, pid)
- _ = writePage(pid, clean)
- }
- return pid
- }
- // recyclePage 回收一个页到空闲链表(头插, 只写 1 页)。
- //
- // 页统一符合 PageHdr: 空闲链指针写在页头的 NextPage (偏移 12), 不再占用偏移 0
- // 的 Type/RefCount 字段。这样空闲页仍是一张"正规页", 而且堆页/索引链的 NextPage
- // 与空闲链的 NextPage 是同一个字段 —— 整条链可以 O(1) 拼接到空闲链上。
- func (header *HeaderPage) recyclePage(pageID uint32, savePage func(uint32, []byte) error) {
- buf := make([]byte, PageSize)
- hdr := page.HdrOf(buf)
- hdr.PageID = pageID
- hdr.NextPage = header.FreePageStart
- header.FreePageStart = pageID
- if header.FreePageEnd == 0 {
- // 原空闲链为空: 这一页既是头也是尾
- header.FreePageEnd = pageID
- }
- header.FreePageCount++
- _ = savePage(pageID, buf)
- }
- // recycleChain 把一条已经用 PageHdr.NextPage 串好的整链 (head…tail) 整体挂到
- // 空闲链表尾。O(1): 只改写「原空闲链尾」1 页 + 更新头页, 既不逐页遍历也不逐页覆零。
- //
- // 前提: head…tail 每页的 next 都写在 PageHdr.NextPage, 且 tail.NextPage == 0。
- // count 是该链的页数, 由构造方 (WAL 写入时) 或遍历方 (崩溃恢复时) 顺手统计而来 ——
- // 正因为链长已知, 这里才能不遍历就把 FreePageCount 加对。
- //
- // 为什么挂链尾而不是头插: 刚回收的大块 (比如整张被 DROP 的表) 排在空闲链后段,
- // 空闲链头的分配前沿不动, 语义也更接近「把这些页排队等着复用」。
- func (header *HeaderPage) recycleChain(head, tail uint32, count uint32,
- readPage func(uint32, []byte) error, savePage func(uint32, []byte) error) error {
- if head == 0 || tail == 0 || count == 0 {
- return nil
- }
- if header.FreePageEnd != 0 {
- // 原空闲链尾 → 新链头, 两条链就此接成一条
- buf := make([]byte, PageSize)
- if err := readPage(header.FreePageEnd, buf); err != nil {
- return err
- }
- page.HdrOf(buf).NextPage = head
- if err := savePage(header.FreePageEnd, buf); err != nil {
- return err
- }
- } else {
- // 原空闲链为空: 这条链就是整条空闲链
- header.FreePageStart = head
- }
- header.FreePageEnd = tail
- header.FreePageCount += count
- return nil
- }
- // recycleChainWithCache 整链还链 + 刷新被改写页的缓冲池副本。
- //
- // recycleChain 用 savePage (=WritePageDirect) 改写「原空闲链尾」, 绕过了 BufferPool;
- // 那一页在池里可能还留着干净旧副本, 之后任何走 ReadPage 的读取都会拿到错内容 ——
- // 所以从盘读回、同步一次缓存。链内其它页的 next 没被改动, 池里的副本仍然准确,
- // 不必逐页刷新 (逐页刷新就等于把 O(1) 又变回 O(n) 了)。
- func recycleChainWithCache(ff *File, header *HeaderPage, head, tail, count uint32) error {
- if count == 0 {
- return nil
- }
- oldTail := header.FreePageEnd
- if err := header.recycleChain(head, tail, count, ff.readPageDisk, ff.WritePageDirect); err != nil {
- return err
- }
- if oldTail != 0 {
- syncBuf := make([]byte, PageSize)
- if err := ff.readPageDisk(oldTail, syncBuf); err == nil {
- ff.SyncCache(oldTail, syncBuf)
- }
- }
- return nil
- }
- func newHeader(desc string) (*HeaderPage, error) {
- // 未提供介绍 → 默认写入当前版本的功能介绍与修复点 (VersionComment)
- if desc == "" {
- desc = VersionComment
- }
- var comment [PageSize4K - 332]byte
- // 1. 安全判断:防止描述超长
- if len(desc) > len(comment) {
- return nil, fmt.Errorf("描述字符串长度 %d 超过最大限制 %d", len(desc), len(comment))
- }
- copy(comment[:], desc)
- // 2. 初始化头部(全部正确赋值,无遗漏、无坑)
- return &HeaderPage{
- Magic: Magic, // 魔数
- Version: Version, // 版本
- PageSize: PageSize, // 页大小
- NextFreePage: 2, // 下一个分配页从 2 开始(0=header, 1=table page 已预留)
- TablePage: 0, // 初始无表
- TableCount: 0, // 表数量=0
- CreateTime: time.Now().UnixNano(), // 纳秒时间戳
- ModifyTime: time.Now().UnixNano(),
- FreePageStart: 0, // 初始无空闲页
- FreePageCount: 0, // 空闲页数量=0
- GlobalFlags: 0, // 无标志
- NextTxnID: 1, // 事务 ID 从 1 开始 (0 保留, 便于 WAL 页首页判定)
- ExtConfigHdr: [8]byte{0}, // 扩展配置 前 4 字节:`ExtVer` 扩展区版本号 后 4 字节:`ExtFlags` 扩展特性标记位
- ExtConfig: [244]byte{0}, // 清空扩展配置
- Comment: comment, // 数据库描述
- }, nil
- }
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