固定長配列データベースの改良

スタックデータベースができたので、固定長データベース（固定長配列データベースではありません。）を実装しましょう、と言いたいところですが、その前にもうちょっと準備が必要です。

固定長データベースを用いて固定長配列データベースを実装しようと思うので、固定長データベースのクラス変数を永続化する必要があります。そこで、固定長配列データベースのヘッダーに固定長データベースのクラスの変数を格納できるような一工夫をしました。

そして、もう一つ、他のプロセスが同一の固定長配列データベースを利用しても問題ないように、他のプロセスによりサイズ変更があったときに、それを検知して再マップする処理も加えました。なお、排他制御を実装していないので、複数のプロセスが書き込む場合には問題が生じますが、一つのプロセスが書き込みだけで、他のプロセスは読み込みだけなら、うまく動作するようです。

以下がそのソースです。"// <<<<"と"// >>>>"で囲まれた部分が変更した部分です。

#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <sys/mman.h>
#include <assert.h>

#include <iostream>
#include <exception>

class Exception : public std::exception {
public:
  Exception(const std::string &msg)
  {
    message = msg;
  }

  virtual ~Exception() throw() {}

  const char *what() {
    return message.c_str();
  }

  std::string message;
};


template <class T> class Array {
public:
  class Header {
  public:
    void initialize() {
      headerSize        = 256;
      pageSize          = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
      elementSize       = sizeof(T);
      arraySize         = 0;
      validArraySize    = 0;
      size              = headerSize;
    }

    size_t updateSize(size_t arraysize) {
      size = ((headerSize + arraysize * elementSize - 1) / pageSize + 1) *
             pageSize;
      arraySize = (size - headerSize) / elementSize;
      return size;
    }

    size_t headerSize;
    size_t pageSize;            // page size
    size_t elementSize;         // size of an element
    size_t arraySize;           // number of elements
    size_t validArraySize;      // number of valid elements
    size_t size;                // total size
  };

  Array():fd(-1) {}

  Array(const std::string &f):fd(-1) {
    initialize(f);
  }

  ~Array() {
    if (fd != -1) {
      // <<<<
      msync(header, initialSize, MS_SYNC);  
      munmap(header, initialSize);
      // >>>>
      close();
    }
  }

  void initialize(const std::string &f) {
    file = f;
    if ((fd = open(file.c_str(), O_RDWR, 0666)) == -1) {
      if (errno == ENOENT) {
        create(file);
      } else {
        throw Exception(strerror(errno));
      }
    }
    struct stat fs;
    fstat(fd, &fs);
    map(fs.st_size);
  }

  void map(size_t sz) {
    if (fd == -1) {
      throw Exception("Not ready");
    }
    // <<<<
    initialSize = sz;
    // >>>>
    header = (Header*)mmap(0, sz, PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,
                   fd, 0);
    if ((long long)header == -1){
      close();
      throw Exception(strerror(errno));
    }
    array = (T*)((unsigned char*)header + header->headerSize);
    if (sz != header->size) {
      close();
      throw Exception("Sizes are inconsistency");
    }
  }

  void resize(size_t arraysize) {
    resizeCapacity(arraysize);
    if (arraysize != header->validArraySize) {
      header->validArraySize = arraysize;
    }
  }

  T &at(size_t idx) {
    if (fd == -1) {
      throw Exception("Not ready");
    }
    if (idx >= header->validArraySize) {
      throw Exception("Invalid element");
    }
    return array[idx];
  }

  T &set(size_t idx, T& v) {
    if (idx >= header->arraySize) {
      resizeCapacity(idx + 1);
    }
    array[idx] = v;
    if (idx >= header->validArraySize) {
      header->validArraySize = idx + 1;
    }
    return array[idx];
  }

  // <<<<
  size_t reserved(size_t rs) {
    return reservedSize += rs;
  }

  size_t getReservedSize() {
    return reservedSize;
  }

  void *getReservedVariable(size_t offset) {
    return (void*)((unsigned char*)(Array<T>::array) - offset);
  }
  // >>>>

  size_t getSize() { return header->validArraySize; }

protected:
  void
  create(const std::string &file) {
    if ((fd = open(file.c_str(), O_RDWR|O_CREAT, 0666)) == -1) {
      throw Exception(strerror(errno));
    }
    Header h;
    h.initialize();

    if (write(fd, &h, sizeof(Header)) == -1) {
      close();
      throw Exception(strerror(errno));
    }
    unsigned char c = 0;
    for (size_t i = 0; i < h.headerSize - sizeof(Header); i++) {
      if (write(fd, &c, sizeof(c)) == -1) {
        close();
        throw Exception(strerror(errno));
      }
    }
  }
  // <<<<
  void remap(size_t sz) {
    msync(header, initialSize, MS_SYNC);
    munmap(header, initialSize);
    map(sz);
  }
  // >>>>
  void close() {
    if (fd != -1) {
      ::close(fd);
    }
    fd = -1;
  }

  void resizeCapacity(size_t arraysize) {
    if (fd == -1) {
      throw Exception("Not ready");
    }
    // <<<<
    if (initialSize != header->size) {
      remap(header->size);
    }
    // >>>>
    Header h;
    h = *header;
    size_t s = h.size;
    h.updateSize(arraysize);
    if (h.size == s) {
      return;
    }

    if (fd != -1) {
      msync(header, header->size, MS_SYNC);
      munmap(header, header->size);
      close();
    }
    if ((fd = open(file.c_str(), O_RDWR, 0666)) == -1) {
      throw Exception(strerror(errno));
    }
    if (ftruncate(fd, h.size) == -1) {
      close();
      throw Exception(strerror(errno));
    }
    if (write(fd, &h, sizeof(Header)) == -1) {
      close();
      throw Exception(strerror(errno));
    }
    map(h.size);
    if (arraysize < header->validArraySize) {
      header->validArraySize = arraysize;
    }
  }

 protected:
  Header        *header;
  int           fd;
  T             *array;
  std::string   file;
  // <<<<
  size_t        initialSize;
  size_t        reservedSize;
  // >>>>

};

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