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

ConsensusLab 在 Filecoin Spacenet 启动公开星际共识测试网:4月21日消息，去中心化共识研究组织 ConsensusLab 宣布启动第一个公开星际共识（Interplanetary Consensus，IPC）部署，作为 Filecoin Spacenet 测试网的一部分，使用户、开发人员和 SP（存储提供商）能够使用 root Filecoin 网络提供的子网和共识模型进行实验。IPC 允许终端用户和应用开发人员动态生成并行执行事务的分层子网，从而消除主网的多余负载，同时提供更适合应用需求的操作条件。 此外，IPC 提供无缝的跨子网交易和机制，通过利用其父级提供的更强大的保证来保护子网。[2023/4/21 14:17:44]

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：

Gate.io将按10 FIL： 1FIC比例为用户空投FIC代币:据官方公告，Gate.io 将按照11月17日（今日）上午10:00用户FIL持仓量（主网币，非FIL6）快照为用户空投Filecash代币FIC，空投比例为10 FIL： 1FIC。Gate.io平台用户无需任何操作即可领取空投，平台外用户请在快照前充值FIL到Gate.io平台。[2020/11/17 21:01:26]

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）。

火币全球站已恢复FIL充提:据官方公告，火币全球站现已恢复FIL的充币和提币业务。[2020/11/14 20:49:07]

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：

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。

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。

Filecoin当前全网有效算力为710.98PiB:据IPFS100.com报道，filfox浏览器数据显示，Filecoin网络当前区块高度为194059，全网有效算力为710.98PiB，总质押量约为1422万枚FIL，活跃矿工数为628个，每区块奖励为11.6857FIL，近24小时产出量为158088FIL，24小时平均挖矿收益为0.2196FIL/TiB；

目前有效算力排名前三的分别为：F01248（智合云zh）以 44.09 PiB暂居第一，F02770（时空云&灵动）以 44.02 PiB位居第二，F01782（hellofil.com）以 27.07 PiB位居第三。[2020/10/31 11:18:28]

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。

Filecoin测试网当前总质押量约为539.81万枚FIL:据IPFS100.com报道，filfox浏览器数据显示，Filecoin测试网当前区块高度为61549，全网有效算力为233.24PiB，总质押量约为539.81万枚FIL，活跃矿工数为461个，每区块奖励为11.03FIL，近24小时产出量为116846FIL，24小时平均挖矿收益为0.50FIL/TiB；

目前有效算力排名前三的分别为：t01248（先河/智合云）以13.70PiB暂居第一，t09037（SeedPlan-Saturn）以12.89PiB位居第二，t02775（STCloud-Linden）以12.42PiB位居第三。[2020/9/15]

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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