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

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：

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。

BitDigital已与Digihost签署第二份联合挖矿协议，将额外增加2EH/s算力:比特币矿企Bit Digital已与Digihost签署第二份联合挖矿协议，Digihost将向Bit Digital提供可以提供100MW电力的矿场，Bit Digital提供比特币挖矿设备进行挖矿，本次合作将持续两年，预计将额外增加2EH/s的比特币算力，加之此前签订的初始合作协议，双方合作挖矿的算力将共提高2.4EH/s。

根据协议条款，Digihost将为挖矿提供电力和管理服务，Bit Digital在向Digihost支付有竞争力的电力费率后，将与Digihost基于固定的利润分配方式分配收益，预计矿机将于2022年1月开始交付和安装。[2021/7/26 1:16:45]

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）。

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。

ByteTree首席投资官：比特币近期表现证明了其作为投资工具的灵活性:ByteTree首席投资官Charlie Morris表示，比特币最近的表现证明了其作为一种投资工具的灵活性。在科技股和社交媒体股上涨时，比特币也在上涨，在传统市场投资者突然对科技股失去兴趣时，比特币仍能勉强维持上涨。Morris说，比特币此前已被证明与社交媒体股票有着显著的相关性。因此，有理由认为，随着最近股市回落，由于担心债券收益率上升可能影响收益或降低风险投资的吸引力，比特币也可能会受到打击。然而，投资者转而再次强调比特币作为一种通胀对冲工具的潜在价值，因此比特币价格反而继续上涨。(CoinDesk)[2021/3/12 18:37:37]

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。

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。

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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