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Storage

Storage 负责对上层模块提供数据的访问、持久化支持，存储方式采用 kv 结构。

接口上，主要有两种类型 1. Storage 针对具体业务数据的存储逻辑，需要依靠 Adapter 的能力完成访问、持久化能力。 2. Adapter 一种底层 KV 操作的抽象，理论上任何拥有 kv 存储能力的数据库都可以方便的接入，比如 RocksDB、LevelDB、Redis 等。

Muta 使用 RocksDB Adapter 作为默认的数据库。

Storage 接口主要提供了以下数据类型的读写：

  • Transaction
  • Receipt
  • Block
  • LatestProof: 当前最新区块的 Proof
  • WAL: 提供给 Overlord 操作 WAL 数据。WAL 是一种预写入机制，为了避免在出现意外 Down 机后可以继续运行，可参阅 Overlord 文档获取更多信息

设计

目录结构

https://github.com/nervosnetwork/muta/tree/master/core/storage

├── ...
└── src
    ├── adapter
    │   ├── memory.rs // 基于内存数据库作为底层存储，只在单元测试中使用
    │   ├── mod.rs
    │   └── rocks.rs // 基于 RocksDB 作为数据库存储，用于真实的运行环境
    ├── lib.rs // 
    └── tests // Storage 的单元测试用例

存储逻辑

首先有 5 个列族为数据做逻辑划分, 分别 Block, Receipt, SignedTransaction, WAL，HashHeight, 各列族在源码中的定义如下：

#[derive(Debug, Copy, Clone, Display)]
pub enum StorageCategory {
    Block, // Block, Latest Block, Latest Block Proof
    Receipt,
    SignedTransaction,
    Wal,
    HashHeight, // block height 对应的 Block hash 的映射
}

各列族实际存储的 KV 数据:

  • Block
    • Block
      • key: [height]
      • value: Block
    • Latest Block:
      • key: "latest_hash"
      • value: Block
    • Latest Block Proof
      • key: "latest_proof"
      • value: Block
  • Receipt
    • key: [block-height]-[transaction-hash]
    • value: Receipt
  • SignedTransaction
    • key: [block-height]-[transaction-hash]
    • value: SignedTransaction
  • WAL
    • key: "overlord_wal"
    • value: Bytes // 数据格式由 Overlord 定义
  • HashHeight
    • key: [Block-hash]
    • value: height

对于 SignedTransaction 和 Receipt 这两种数据我们特地加了 Height 作为前缀，作用是使得数据可以尽量的按顺序进行排序，在物理上尽量落到一份文件上，加快读取数据，详细读取流程如下：

// 以 SignedTransaction 举例
BlockHeight(BigEndian U64) + TransactionHash -> SignedTransaction: 交易哈希到交易的映射
- 一次性查询高度 1 的全部 Tx: db.range_scan(1 + 0x00001000)

Muta 是一个高性能的区块链框架，一个区块可以处理数万笔 SignedTransaction，对应的也会生成数万条 Receipt，如果持续不断的压测那么很快数据量就会达到数十亿的级别，在这种数据体量下经过内部测试，随机读和循序读的性能差距达到了 300 倍左右。

序列化

所有数据均使用 protocol-buffers 序列化和反序列化

参考

  • WAL: write-ahead logging
  • protocol-buffers: Protocol buffers are a language-neutral, platform-neutral extensible mechanism for serializing structured data.
  • RocksDB: A Persistent Key-Value Store for Flash and RAM Storage
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