Filecoin技術分析：深入理解存儲管理_ORK

Filecoin的存儲單元稱為扇區（Sector）。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：local worker和remote worker。local worker處理本地服務處理，remote worker支持遠程服務處理

Manager - 管理多個Worker

Filecoin與Polygon達成合作擬共同發展NFT與元宇宙項目:2月16日，據 Filecoin 官方網站發布公告，Filecoin 生態系統和 Polygon 工作室（Polygon Studios）達成合作，以共同推動 NFT、游戲和元宇宙空間的進步。目前兩個生態已開發了相關教程、集成補助金和黑客松，旨在幫助 Polygon 網絡中的開發人員和 NFT 項目方順利同 IPFS 與 Filecoin 集成，比如如何使用 Polygon 區塊鏈鑄造 NFT，并通過NFT.Storage（Filecoin上的NFT存儲服務）將它們存儲在IPFS和Filecoin上。[2022/2/16 9:55:28]

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：

Filecoin網絡近24小時產出33.44萬枚FIL:據IPFS100報道，Filfox瀏覽器數據顯示，Filecoin網絡當前區塊高度為1141559，全網有效算力為11.413EiB，總質押量約為1.1357億枚FIL，活躍礦工數為3278個，每區塊獎勵為23.8356FIL，近24小時產出334466枚FIL，24小時平均挖礦收益為0.0282FIL/TiB，目前FIL流通量為174717871。當前銷毀28159049枚FIL。當前FIL最新價格為63.58美元。

目前有效算力排名前三的分別為：f0688165（MetaverseInfrastructure）以146.95PiB位居第一，f0127595（MetaverseInfrast）以132.70PiB暫居第二，f0142720（RRM-雅典娜）以127.26PiB位居第三。

注：根據Filecoin官方釋放規則，Filecoin將于2021年10月15號迎來第二次減產。[2021/9/25 17:05:48]

Filecoin網絡目前總質押量約為7840萬枚FIL:據IPFS100.com報道，Filfox瀏覽器數據顯示，Filecoin網絡當前區塊高度為807629，全網有效算力為5.904EiB，總質押量約為7840萬枚FIL，活躍礦工數為2396個，每區塊獎勵為25.5080FIL，近24小時產出量為364938FIL，24小時平均挖礦收益為0.0594FIL/TiB，目前FIL流通量為129222777FIL。目前有效算力排名前三的分別為：f0127595（FILPool.io）以118.07PiB暫居第一，f0142720（RRM-雅典娜）以103.79PiB位居第二，f0134567（RRM-雅典娜）以102.13PiB位居第三。[2021/6/1 23:01:36]

CanSeal表明Store可以用來Seal（存儲Seal相關的臨時文件），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。

FIL突破140美元關口 日內漲幅為11.37%:火幣全球站數據顯示，FIL短線上漲，突破140美元關口，現報140.3577美元，日內漲幅達到11.37%，行情波動較大，請做好風險控制。[2021/3/31 19:31:18]

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（緩存文件），sealed（封存后的文件）。

03 Worker & Store

sector-storage項目的README中的這張圖很好的解釋了sector storage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Remote Worker。Manager中包括一個Local Worker。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。

動態 | 科銀資本、智勝資本與Filenet達成戰略合作:近日，科銀資本、智勝資本宣布與Filenet達成戰略合作，各方將在市場擴展、礦機研發等多方面達成深度戰略合作關系，并參與Filenet打包節點競選。Filenet是基于分布式存儲內容共享的超級云系統，致力于存儲分發有價值的內容，以挖礦的形式獎勵礦工貢獻閑置帶寬與存儲空間，解決IPFS激勵層Filecoin的原生缺陷。[2020/1/13]

worker management APIs通過/rpc/v0的jsonRPC接口實現remote worker的管理。通過/remote的HTTP API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。

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 Seal Task

理解Seal Task，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Seal Task對應的存儲數據的變化。

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Column Hash，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：

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

P1 layer - 32*11G

P2 - Column Hash  & tree_c - 32*2 G

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