Filecoin技术分析：深入理解存储管理

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

FilDA上线TUSD借贷功能:据官方消息，8月2日，FilDA通过上线TUSD借贷功能提案，即将上线TUSD借贷。

据了解，FilDA是基于HECO的跨链借贷DeFi项目，存借款总额高峰值突破21亿美元。TUSD 接受链上实时独立验证，1:1 锚定美元储备，月交易量高达数十亿； 具有快速铸币、零手续费、直接赎回到银行账户等有特点。[2021/8/3 1:30:26]

Manager-管理多个Worker

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5月19日进行社区会议:Filecoin宣布将于5月19日5:00举行每月一次的社区会议，会重点讨论NFT。[2021/5/5 21:25:28]

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。

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。

03?Worker&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。

Asproex（阿波罗）将于10月15日上线FIL（Filecoin）:据官方消息，Asproex（阿波罗）将于2020年10月15日Filecoin主网正式开启后（主网区块高度达到148888时）正式上线FIL（Filecoin），FIL/USDT具体交易充提时间届时以公告形式提前通知用户。

星际文件系统IPFS（InterPlanetary File System）是一个面向全球的、点对点的分布式版本文件系统。Filecoin是在IPFS其上的激励层，通过token激励模式在IPFS上构建一个去中心化存储市场。

Asproex（阿波罗）作为一家离岸银行控股持牌交易平台，涵盖CTO(Corporate Token Offering)企业通证上市、合约跟单、ETT指数通证、数字矿业、Digital Bank板块并持有5国合法牌照，致力于为全球中小微企业提数字化上市一站式服务。[2020/10/13]

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。

Filecoin：第二轮太空竞赛两轨道均有特定的奖励形式:9月24日，Filecoin官方正在进行第二轮太空竞赛的AMA活动。在回答社区提问时，Filecoin官方表示，对于第二轮太空竞赛两个轨道，将有一个特定的奖励结构。具体而言：1.对于Slingshot，所有有资格获得奖励的存储参与者将会有一个奖金池。奖金池的大小由网络上存储的数据总量决定。参与者共同存储的数据越多，被解锁的奖励池的规模就越大。而最终奖励将根据每个项目存储的数据量按比例在所有Slingshot参与者中分配。2.对于Orbital Burn，矿商奖励的主要机制将是：(1)以转移/预加载到主网中扇区的存储能力，以及（2）以覆盖转移扇区形式的抵押品FIL。[2020/9/24]

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。

动态 | 科银资本、智胜资本与Filenet达成战略合作:近日，科银资本、智胜资本宣布与Filenet达成战略合作，各方将在市场扩展、矿机研发等多方面达成深度战略合作关系，并参与Filenet打包节点竞选。Filenet是基于分布式存储内容共享的超级云系统，致力于存储分发有价值的内容，以挖矿的形式奖励矿工贡献闲置带宽与存储空间，解决IPFS激励层Filecoin的原生缺陷。[2020/1/13]

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?SealTask

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-32G9.2M*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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