Filecoin – 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:

cat sectorstore.json
{
  "ID": "98bd61f8-f52d-45a3-af2c-b8596cbd693d",
  "Weight": 10,
  "CanSeal": true,
  "CanStore": true
}

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)。

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:

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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。

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:

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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

const (
        TTAddPiece   TaskType = "seal/v0/addpiece"
        TTPreCommit1 TaskType = "seal/v0/precommit/1"
        TTPreCommit2 TaskType = "seal/v0/precommit/2"
        TTCommit1    TaskType = "seal/v0/commit/1"
        TTCommit2    TaskType = "seal/v0/commit/2"

        TTFinalize TaskType = "seal/v0/finalize"

        TTFetch        TaskType = "seal/v0/fetch"
        TTUnseal       TaskType = "seal/v0/unseal"
        TTReadUnsealed TaskType = "seal/v0/unsealread"
)

接下来,看看每个Seal Task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。

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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:

Filecoin – 为什么SDR这么慢?

经过PreCommit1,生成的数据存储在Cache中:

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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:

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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。

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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:

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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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