ORK:Filecoin技术分析:深入理解存储管理

Filecoin的存储单元称为扇区(Sector)。对传统硬盘结构理解的小伙伴,对这个术语应该比较亲切,传统硬盘的最小存储单元就叫Sector。为了证明Sector的存储,Filecoin进行了一系列的处理,传说中的P1/P2/C1/C2。在处理过程中,一个Sector的计算会生成若干文件,最终会生成replica。相关文件是如何组织的?Cache都是由哪些文件组成,分别是多大?本文就从存储的角度看看这些过程和逻辑。

Filecoin的存储管理的逻辑主要实现在sector-storage项目中。在深入理解Sector存储逻辑之前,先讲讲Worker和Manager。

01 相关术语

Worker - 处理P1/P2/C1/C2的服务,Worker又分为两种:local worker和remote worker。local worker处理本地服务处理,remote worker支持远程服务处理

Manager - 管理多个Worker

Binance支持Filecoin(FIL)网络升级和硬分叉,提币将暂停:金色财经报道,据Binance官方公告,Binance将支持Filecoin(FIL)网络升级和硬分叉,据悉,Filecoin(FIL)预计将于2022年11月30日epoch 2,383,680执行分叉且不会导致新Token被创建,FIL提币功能将在UTC时间11月30日13:00暂停,FIL交易在网络升级和硬分叉期间不会受到影响。[2022/11/30 21:11:09]

Scheduler - 调度器,调度多个Worker,一个Manager通常有一个Scheduler

Store - Sector存储系统

02 Sector存储

Sector处理相关的文件存储在Store中。Store通过sectorstore.json进行配置:

Filecoin将于2021年10月15号进行第二次减产:根据Filecoin官方释放规则,Filecoin将于2021年10月15号迎来第二次减产,SAFT一年期全部线性释放完毕,10月15日FIL12到期后,每天流通到市场的FIL将减少87183枚,FIL每天的流通量预计减少29057枚,每日释放的FIL将减少23.8%。[2021/8/19 22:24:24]

CanSeal表明Store可以用来Seal(存储Seal相关的临时文件),CanStore表面Store可以持久存储Seal的结果(replica)。Weight 是权重,在多个Store选择时使用。ID是Store的UUID编号。

一个Store中存在三种存储,分别对应三种目录:unsealed (未封存的文件),cache(缓存文件),sealed(封存后的文件)。

03 Worker & Store

sector-storage项目的README中的这张图很好的解释了sector storage的各个模块以及相互的关系:

Filecoin网络目前总质押量约为5582万枚FIL:据IPFS100.com报道,Filfox浏览器数据显示,Filecoin网络当前区块高度为634620,全网有效算力为3.81EiB,总质押量约为5582万枚FIL,活跃矿工数为1765个,每区块奖励为26.5168FIL,近24小时产出量为371906FIL,24小时平均挖矿收益为0.0938FIL/TiB,目前FIL流通量为109369802FIL。目前有效算力排名前三的分别为:f0127595(时空云)以91.66PiB暂居第一,f0135467(RRM-雅典娜)以83.24PiB位居第二,f01248(智合云(ZH))以75.77PiB位居第三。注:减产倒计时13天。[2021/4/2 19:40:28]

整幅图分为上下两个部分:上部分是Manager,下部分是Remote Worker。Manager中包括一个Local Worker。stores.Index是所有Sector存储的索引。Scheduler,上部分的中间,管理所有的Worker,并且调度Sector相关的存储。

OKEx将上线跨链网关服务,目前支持BTC、DOT、FIL进行跨链操作:OKEx官方公告称:将于12月18日(HKT)之前上线跨链网关服务,跨链网关目前支持BTC、DOT、FIL进行跨链操作,兑换获得的跨链代币BTCK、DOTK、FILK统称为K资产,后续将支持更多资产跨链。目前K资产支持提币至以太坊区块链,后续将支持OKExChain、波场等更多公链。[2020/12/16 15:22:21]

worker management APIs通过/rpc/v0的jsonRPC接口实现remote worker的管理。通过/remote的HTTP API实现存储的Fetch操作,简单的说,传输文件。specs-storage.Prover/Sealer/Storage是Manager暴露出来的接口,实现Sector的证明,封存和存储。

每个连接到Manager的Worker会和Manager同步它的内存/CPU以及显存的信息。Scheduler在接受到新的请求时,会针对请求(Task)的类型以及资源的需求,从当前Worker中挑选最合适的Worker进行请求的处理。如何选择Worker,感兴趣的小伙伴,可以查看selector的相关逻辑。

IPFS中国社区发起人:若Filecoin官方无视矿工社区状况 或会发生社区共识分裂:此前有区块链媒体发布消息称,为和Filecoin官方博弈,先河系五家头部矿商包括智合云已经集体停摆示威。引起社群里的圈内人士的争议。IPFS中国社区发起人、时空云科技董事长赖楚航回应称,矿工现在就是没有币用于抵押,经济模型设计问题,而新的经济模型(25%直接释放)还没有发布合入。如果持续这种状态,矿工就得在二级市场高价买币,很明显是划不来的,行不通。现在大家都在等官方的答复,如果官方无视矿工社区状况,可能会发生社区共识分裂,项目可能堪忧。(巴比特)[2020/10/17]

从存储的角度,重新整理一下,这些关系:

以一个Manager连接两个Worker为例。Worker只能Seal,但是不能Store。为了更清楚展示Worker之间的数据传输,第一个Worker只做Precommit1,第二个Worker做Precommit2和Commit。

04 Seal Task

理解Seal Task,最好对照了Sector的状态管理一起看。对Sector状态管理还不熟悉的小伙伴,可以查看之前的文章:

Filecoin - Sector状态管理逻辑

接下来,看看每个Seal Task对应的存储数据的变化。

如果其中左边的Worker接收到任务,AddPiece任务会在unsealed目录中创建原始数据。

PreCommit1阶段,简称P1,针对SDR算法,计算若干层数据。如果Sector是32G,需要计算11层。对SDR算法不熟悉的小伙伴,可以看看之前的文章:

经过PreCommit1,生成的数据存储在Cache中:

PreCommit2

PreCommit2的阶段,简称P2,生成Replica,计算Column Hash,并生成Merkle树(tree_d, tree_c, tree_r_last)。因为P2,不在同一个Worker处理,在进行处理之前,需要先传输给合适的Worker,处理的结果同样存储在Cache中:

在Commit生成证明后,进入Finalize状态,Finalize可以理解成“归档”。因为在Worker上没有Store能力,删除不需要持久化的数据,需要持久化存储的数据,将传输回Manager。

05 数据存储量

以32G的Sector为例,在处理过程中需要存储的数据如下:

原始数据 - 32G

原始数据Merkle - 32G

P1 layer - 32*11G

P2 - Column Hash  & tree_c - 32*2 G

P2 - Replica & tree_r_last - 32G + 9.2M*8

总共:512G多一点。

06 持久化数据

Sector经过P1/P2/C1/C2处理后,也就是说,经过PoREP处理后,需要持久化存储Replica的数据和tree_r_last的数据。tree_r_last的数据需要存储的原因是PoSt要用到。特别注意的是,tree_r_last的数据并不是完整的Merkle树数据,删除了其中一些层的数据。

32G的Sector,对应的tree_r_last分成了8棵子树,每棵子树是8叉树,默认存储的时候,忽略了最低的两层。也就是,去除最低两层的存储量为:

所以每棵子树的存储数据为4G*0.00223 = 9.13M。

也就是说,Sector持久化存储比例在1.0022左右。

总结:

Filecoin存储管理的逻辑主要在sector-storage中。Sector的处理任务,可以通过多个Worker完成。每个Worker的存储目录结构一致,Sector数据可以在多个Worker之间通过Http服务传输。Sector处理过程中,最大的存储需求量在512G左右。持久化存储比例为1.0022。

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