Filecoin技術分析：深入理解存儲管理_TOR:Bork Inu

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

4月起Filecoin算力或大幅下降，全網釋放約790萬枚FIL:根據FIP-0014提案，2020年11月24號之前的Filecoin質押幣不可續期，并且前期質押幣都是礦工從官方水龍頭領取的免費籌碼，這部分籌碼大概790萬枚，將于4月中旬陸續到期，屆時Filecoin網絡算力可能會大幅下降，這些免費的質押幣會導致Filecoin實際流通量大幅增加。[2021/3/27 19:23:11]

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：

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。

火幣商城已開放購買Filecoin滿存算力:火幣商城已于2021年2月1日16:00（GMT+8）開售Filecoin滿存算力，“Filecoin滿存算力”產品是火幣商城推出的Filecoin硬件租賃及軟件管理服務業務，旨在為用戶提供安全、透明、可靠、便捷的渠道參與IPFS挖礦。詳情見官網公告。[2021/2/1 18:36:51]

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。

Filecoin網絡目前活躍礦工數為1010個:據IPFS100.com報道，Filfox瀏覽器數據顯示，Filecoin網絡當前區塊高度為389883，全網有效算力為1.761EiB，總質押量約為2834萬枚FIL，活躍礦工數為1010個，每區塊獎勵為17.8002FIL，近24小時產出量為247564FIL，24小時平均挖礦收益為0.1353FIL/TiB，目前FIL流通量為65396734FIL。 目前有效算力排名前三的分別為：F02770（時空云&靈動）以72.62PiB暫居第一，F01248（智合云zh）以71.46PiB位居第二，F09652（RRmine）以43.58PiB位居第三。[2021/1/7 16:39:00]

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。

ConsenSysCodefi推出Filecoin存儲應用:ConsenSys旗下ConsenSysCodefi宣布推出Filecoin存儲應用（FilecoinStorage），用戶可通過Web應用程序和API訪問Filecoin去中心化存儲市場。FilecoinStorage由一個簡單的可搜索市場組成，可讓生態系統參與者全面了解Filecoin存儲市場，并允許客戶通過篩選和分類找到適合其需求的最佳礦工。另外，提供數據存儲服務的Filecoin礦工可以使用該應用向客戶進行報價，也可與客戶進行互動來確定最佳價格。[2020/10/21]

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：

掌柜調查署｜BBKX創始人：Filecoin主網上線之初，FIL流通量很難滿足交易所需兌付的量:在今日舉行的掌柜調查署中，針對“Filecoin以及IPFS生態項目相關的投資方向有哪些？其特點是什么？“的問題，BBKX創始人Max表示，拿BTC來作為參考，主要有三個方向：

第一個投資方向就是購買礦機，礦工作為幣圈一個最特殊的群體，收益可以跑贏絕大部分的投資者，尤其是挖礦早期參與者，無論是BTC礦工還是ETH礦工都是越早參與收益越高。

第二個投資方向就是云算力，參與挖礦雖然收益很可觀，但是也有其局限性。礦機的價格高昂，運維成本也不低，還需要具備相當的技術儲備，對于普通投資者來說都不太友好。因此，云算力托管服務就應運而生，用戶只需購買算力服務，支付一定的技術服務費，由專業的團隊來架設礦場，部署礦機，將專業的事情交給專業的人來做。

第三個方向就是投資Filecoin期貨，畢竟云算力、礦機挖礦都是一個長期的投資過程。目前很多交易所都已經上線了FIL期貨，有3個月的，也有半年的，甚至還有主網上線即兌換的，這是一個短期內可以看到收益的方式。但是需要說明的是，廣大投資者還需仔細鑒別，主網上線之初，FIL流通量勢必極少，很難滿足交易所需兌付的量，屆時預計有很多交易所是無法兌付的。我們BBKX上線的FIL為3個月期貨，由CHAINUP提供支持，對此我們是很有信心的。[2020/7/15]

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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