TOR:Filecoin技術分析：深入理解存儲管理

Filecoin的存儲單元稱為扇區。對傳統硬盤結構理解的小伙伴，對這個術語應該比較親切，傳統硬盤的最小存儲單元就叫Sector。為了證明Sector的存儲，Filecoin進行了一系列的處理，傳說中的P1/P2/C1/C2。在處理過程中，一個Sector的計算會生成若干文件，最終會生成replica。相關文件是如何組織的？Cache都是由哪些文件組成，分別是多大？本文就從存儲的角度看看這些過程和邏輯。

Filecoin的存儲管理的邏輯主要實現在sector-storage項目中。在深入理解Sector存儲邏輯之前，先講講Worker和Manager。

01?相關術語

Worker-處理P1/P2/C1/C2的服務，Worker又分為兩種：localworker和remoteworker。localworker處理本地服務處理，remoteworker支持遠程服務處理

SEC在Coinbase案中將SOL、FIL等代幣定義為證券:6月6日消息，SEC在Coinbase案中將SOL、ADA、MATIC、FIL、SAND、AXS、CHZ、FLOW、ICP、NEAR、VGX、DASH和NEXO定義為證券。[2023/6/6 21:19:19]

Manager-管理多個Worker

Scheduler-調度器，調度多個Worker，一個Manager通常有一個Scheduler

Store-Sector存儲系統

02?Sector存儲

Sector處理相關的文件存儲在Store中。Store通過sectorstore.json進行配置：

CanSeal表明Store可以用來Seal，CanStore表面Store可以持久存儲Seal的結果(replica)。Weight是權重，在多個Store選擇時使用。ID是Store的UUID編號。

Filecoin網絡目前總質押量約為2460萬枚FIL:據IPFS100.com報道，Filfox瀏覽器數據顯示，Filecoin網絡當前區塊高度為343779，全網有效算力為1.498EiB，總質押量約為2460萬枚FIL，活躍礦工數為882個，每區塊獎勵為16.4197FIL，近24小時產出量為222805FIL，24小時平均挖礦收益為0.1438FIL/TiB，目前FIL流通量為57742062FIL。 目前有效算力排名前三的分別為：F02770（時空云&靈動）以72.56PiB暫居第一，F01248（智合云zh）以68.72PiB位居第二，F09652（RRmine）以36.52PiB位居第三。[2020/12/22 16:06:44]

一個Store中存在三種存儲，分別對應三種目錄：unsealed(未封存的文件)，cache，sealed。

FTX即將上線Filecoin（FIL）季度及永續合約:加密貨幣衍生品交易所FTX宣布，將在Filecoin主網上線后上線FIL的季度及永續合約。FTX合約采用全倉保證金模式，并使用美元穩定幣正向計價。FTX平臺現已全面開啟0掛單手續費、0合約交割手續費及0提幣手續費。[2020/10/15]

03?Worker&Store

sector-storage項目的README中的這張圖很好的解釋了sectorstorage的各個模塊以及相互的關系：

整幅圖分為上下兩個部分：上部分是Manager，下部分是RemoteWorker。Manager中包括一個LocalWorker。stores.Index是所有Sector存儲的索引。Scheduler，上部分的中間，管理所有的Worker，并且調度Sector相關的存儲。

星際大陸董事長李彥東：預計Filecoin上線后礦機不會出現爆發式增長:2020年6月22日，由金色財經主辦，節點咨詢、IPFS100.com承辦，星際特工、麥客存儲聯合主辦的“星際漫游指南——IPFS技術與應用研討論壇”在深圳拉開帷幕。論壇上星際大陸董事長李彥東，在題為《押注IPFS & Filecoin的“危”與“機”》的主題演講中指出，2018年礦機的數量有一波增長，但是又開始下落，到2019年又開始熱起來，越靠近上線，我認為礦機增長會放緩，因為大多數的人已經趕不上頭礦，接近上線風投的人可能會減少。我預判目前大多數的礦機公司可能投入產出比不會理想，所以等上線之后這些公司客戶復投不會增加，整個市場的礦機數量不會有爆發式的增長，但是頭部投入產出比可以的廠家會繼續增長[2020/6/22]

workermanagementAPIs通過/rpc/v0的jsonRPC接口實現remoteworker的管理。通過/remote的HTTPAPI實現存儲的Fetch操作，簡單的說，傳輸文件。specs-storage.Prover/Sealer/Storage是Manager暴露出來的接口，實現Sector的證明，封存和存儲。

動態 | Filecoin 將首個測試網發布時間推遲至第二季度 主網發布推遲至后半年:Filecoin 發布了項目進展更新，首個測試網發布時間從之前預估的今年第一季度推遲至今年第二季度，相應的，大規模礦工測試活動也從之前預估的今年第一季度推遲至今年第二季度。此外，主網發布時間從之前預估的今年第二或第三季度推遲至第三或第四季度，代碼安全審計時間也從之前預估的今年第一或第二季度推遲至第二或第三季度。于此同時，Filecoin 團隊宣布已經在 GitHub 上開放了部分代碼庫，并發布了開發測試網。[2019/2/15]

每個連接到Manager的Worker會和Manager同步它的內存/CPU以及顯存的信息。Scheduler在接受到新的請求時，會針對請求(Task)的類型以及資源的需求，從當前Worker中挑選最合適的Worker進行請求的處理。如何選擇Worker，感興趣的小伙伴，可以查看selector的相關邏輯。

從存儲的角度，重新整理一下，這些關系：

以一個Manager連接兩個Worker為例。Worker只能Seal，但是不能Store。為了更清楚展示Worker之間的數據傳輸，第一個Worker只做Precommit1，第二個Worker做Precommit2和Commit。

04?SealTask

理解SealTask，最好對照了Sector的狀態管理一起看。對Sector狀態管理還不熟悉的小伙伴，可以查看之前的文章：

Filecoin-Sector狀態管理邏輯

接下來，看看每個SealTask對應的存儲數據的變化。

AddPiece

如果其中左邊的Worker接收到任務，AddPiece任務會在unsealed目錄中創建原始數據。

PreCommit1

PreCommit1階段，簡稱P1，針對SDR算法，計算若干層數據。如果Sector是32G，需要計算11層。對SDR算法不熟悉的小伙伴，可以看看之前的文章：

經過PreCommit1，生成的數據存儲在Cache中：

PreCommit2

PreCommit2的階段，簡稱P2，生成Replica，計算ColumnHash，并生成Merkle樹(tree_d,tree_c,tree_r_last)。因為P2，不在同一個Worker處理，在進行處理之前，需要先傳輸給合適的Worker，處理的結果同樣存儲在Cache中：

Commit和Finalize

在Commit生成證明后，進入Finalize狀態，Finalize可以理解成“歸檔”。因為在Worker上沒有Store能力，刪除不需要持久化的數據，需要持久化存儲的數據，將傳輸回Manager。

05?數據存儲量

以32G的Sector為例，在處理過程中需要存儲的數據如下：

原始數據-32G

原始數據Merkle-32G

P1layer-32*11G

P2-ColumnHash?&tree_c-32*2G

P2-Replica&tree_r_last-32G9.2M*8

總共：512G多一點。

06?持久化數據

Sector經過P1/P2/C1/C2處理后，也就是說，經過PoREP處理后，需要持久化存儲Replica的數據和tree_r_last的數據。tree_r_last的數據需要存儲的原因是PoSt要用到。特別注意的是，tree_r_last的數據并不是完整的Merkle樹數據，刪除了其中一些層的數據。

32G的Sector，對應的tree_r_last分成了8棵子樹，每棵子樹是8叉樹，默認存儲的時候，忽略了最低的兩層。也就是，去除最低兩層的存儲量為：

所以每棵子樹的存儲數據為4G*0.00223=9.13M。

也就是說，Sector持久化存儲比例在1.0022左右。

總結：

Filecoin存儲管理的邏輯主要在sector-storage中。Sector的處理任務，可以通過多個Worker完成。每個Worker的存儲目錄結構一致，Sector數據可以在多個Worker之間通過Http服務傳輸。Sector處理過程中，最大的存儲需求量在512G左右。持久化存儲比例為1.0022。

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