Filecoin技术分析：深入理解存储管理

来源：金色财经Filecoin的存储单元称为扇区。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：localworker和remoteworker。localworker处理本地服务处理，remoteworker支持远程服务处理

Filecoin借贷平台DeFIL（DFL）减半当日最高涨幅达20.4%:据最新消息，Filecoin借贷平台DeFIL（DFL）于香港时间5月16日在区块高度12,444,144完成第二次减半，受产量减半预期影响，DFL今日最高涨幅触达20.4%，现报价1.008 USDT。

DeFIL是基于Ethereum的Filecoin去中心化借贷协议，用户参与存FIL可获取利息收益以及获取平台治理通证DFL，且DFL可继续进行Staking挖矿。目前DeFIL项目已获得由IPFS生态基金、分布式资本、FBG资本、以及Gate Labs、ZB Capital等机构的陆续投资。[2021/5/17 22:12:17]

Manager-管理多个Worker

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

火币DeFi实验室高潮：火币Global将第一时间推出HFIL:在10月15日火币尖峰对话——《SWFT与HBTC擦出新火花》主题活动中，火币DeFi实验室运营负责人高潮表示，火币重点上线的H系列资产，都是以太坊ERC20的资产，核心是为了繁荣以太坊生态，促进以太坊DeFi的发展，尤其是今天上线的Filecoin代币FIL，火币Global将第一时间支持HFIL，为FIL矿工提供更广阔的场景。此外，高潮表示，未来火币还将陆续上线HFIL，HBSV，HLTC，HEOS，HXPR等8个资产。

高潮还介绍道，目前H系列资产已经在进入了DeFi行业的不同赛道，覆盖了预言机、借贷、交易、流动性挖矿等场景，并且H系列资产使用起来更加便捷，可以直接在火币Global中完成充值和提币，而且手续费低于WBTC等。[2020/10/15]

Store-Sector存储系统

Filecoin将在3周内逐步进入主网:金色财经报道，据Filecoin官方博客消息，太空竞赛测试网将继续运行，并在接下来的3周内通过协议升级和状态转换逐步进入主网，而不是从头开始进行设置（这样会失去所有存储容量）。Filecoin主网将在epoch 148888正式开启。预期将在10月15日左右到达这个epoch，然后将开始一段时间的监控和解决问题来保证过渡后网络的正常运行（与预期相符）。10月19日至10月23日将举行为期一周的Filecoin启动活动。[2020/9/28]

02Sector存储

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

CanSeal表明Store可以用来Seal，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。

Maggie：投资者可通过矿机、云算力、二级市场期货参与Filecoin投资:IPFS100.com现场报道，8月5日22:00，由IPFS100.com主办；麦客存储联合主办；链上ChainUP、金色算力云战略合作的IPFS100.com发布会在深圳蛇口·麦考利爱尔兰酒吧拉开帷幕。

HashFin CEO兼金色算力云运营总监Maggie指出：Filecoin目前的参与方式主要有三：矿机、云算力、二级市场期货。并介绍了金色算力云的概况：金色算力云是由金色财经推出的算力销售平台，公司与行业领先的矿机厂商合作，为用户提供便捷安全的挖矿服务。基于团队的专业性，公司先后获得节点资本、ChainUP Capital百万美元的投资。具有与业内顶尖矿机厂商深度合作；支持一键购买、便利挖矿；平台筛选、安心保障；帮助投资者降低挖矿准入门槛四大优势。并有延期上线可退款、“1+1服务”、90天填充满1T算力三大保障。[2020/8/6]

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，sealed。

中科云创马嘉廷：Filecoin在数据存储上拥有巨大的市场 未来价值不可估量:金色财经现场报道，8月2日，由金色财经主办，阿里云、中科云创、99EX、Asproex、热币、ChainUP、金色算力云首席合作的共为·创新者大会在郑州举办。国资背景IPFS生态服务提供商中科云创联合创始人马嘉廷做了主题为《抢滩新基建 | 共享IPFS价值新机遇》的演讲。马嘉廷表示，IPFS是一种分布式存储的技术，一种互联网底层通讯协议，Filecoin是IPFS的激励层项目。截止目前，已有300多亿份文件被保存在IPFS分布式文件系统中，而且没有发生过一次数据丢失。根据云存储市场来看，2019年全球云存储市场规模已达到2600亿美元，作为分布式存储的Filecoin，未来价值不可估量。另外，通过区块链发展史来看，代表着区块链技术3.0的Filecoin，还处于收益的最早起，其流通应用拥有着巨大的数据存储市场。[2020/8/2]

03Worker&Store

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

整幅图分为上下两个部分：上部分是Manager，下部分是RemoteWorker。Manager中包括一个LocalWorker。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。

workermanagementAPIs通过/rpc/v0的jsonRPC接口实现remoteworker的管理。通过/remote的HTTPAPI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。

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。

04SealTask

理解SealTask，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SealTask对应的存储数据的变化。

AddPiece

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

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ColumnHash，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：

Commit和Finalize

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

P1layer-32*11G

P2-ColumnHash&tree_c-32*2G

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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