四、 交易调度
锯齿湖支持交易的串行和并行调度。启动验证组件进程时,可通过命令行参数或在验证组件的配置文件中作为选项,来指定调度程序类型。两个调度程序产生相同的确定性结果,并且可以完全互换。
即使面对高速的交易工作量,交易的并行处理也能通过减少串行执行交易时发生的总体延迟影响来提升性能。当交易的持续时间不一致时(例如在更实际更复杂的工作中可能发生的情况),当更快的交易数量超过较慢的交易数量时,性能优势会特别明显。
锯齿湖中的交易调度和执行会准确有效地处理那些修改相同状态地址的交易,包括同一块内的交易。即使在批次(batch)的级别,交易也可以修改相同的状态地址。初级的分布式帐本项目可能不允许在同一个区块内进行重复状态修改,从而将此类交易的性能严格限制为一个块一个交易,但是Sawtooth没有此类对区块的限制。相反,状态是每个交易执行后的累加状态。这样可以防止“双花”重复支出,同时允许将更改相同状态值的多个交易出现在同一个块中。当然,在需要这类对区块限制的情况下,交易家族可以实现对应的业务逻辑。
1. 验证组件内调度
验证组件里有两个主要组件,它们使用调度程序来计算状态变化以及基于交易处理而产生的默克尔哈希:链控制器Chain Controller 和区块发布器Block Publisher。这两个组件将调度程序传递给执行程序。虽然验证组件仅包含一个链控制器,一个区块发布器和一个执行程序,但是有许多调度程序实例可以根据需要而动态创建。
1.1链控制器
链控制器负责维护当前链头(指向当前链中最后一个块的指针)。处理是基于区块的;当它(通过网络或从区块发布器BlockPublisher)接收到一个候选区块时,它判断是否应更新链头以指向该候选区块。链控制器创建一个调度程序,为要发布的区块来计算新状态以及相关的Merkle哈希值。将该Merkle哈希与包含在区块头中的状态根进行比较。如果它们匹配,则从交易执行和状态的角度来看,该区块是有效的。链控制器将此信息与共识信息结合使用,以确定是否更新当前链头。(如果共识一致,则将该区块作为最新区块,更新当前链头)。
1.2 区块发布器
区块发布器负责创建新的候选块。当验证组件(从客户端或其他Sawtooth节点)接收到批次时,它们将被添加到区块发布器的挂起队列中。只有有效的交易将被添加到下一个候选区块。为了及时,将批次添加到挂起队列中的同时,也将他们添加到调度程序中。因此,会逐步处理收到的交易。
当挂起的队列发生重大变化时,例如链头已由链控制器更新时,块发布器将取消当前调度程序并创建一个新的调度程序。
1.3 执行程序
执行程序负责将交易传送给交易处理器去执行交易。每笔交易的总体流程为:
1) 执行程序从调度程序获取下一个交易和初始上下文环境。
2) 执行程序通过提供初始上下文环境(上下文是衔接在一起的),从上下文管理器(Context Manager)获取该交易的新上下文。
3) 执行程序将交易和上下文引用发送给交易处理器。
4) 交易处理器通过调用上下文管理器(Context Manager)更新上下文的状态。
5) 交易处理器通知执行程序交易已完成。
6) 执行程序使用交易的结果和更新的上下文来更新调度程序。
在串行调度的情况下,步骤1要等到前一个交易的步骤6完成后才能开始。在并行调度的情况下,步骤1只要交易存在并可以被执行(因为已满足其依赖关系)就可以开始。同时,对于开始执行的每个交易,并行执行步骤2至步骤6。
2. 迭代调度
每次执行程序请求下一个交易时,调度程序都会基于对交易依赖关系图和该调度中先前执行交易的了解,动态计算下一个交易(计算应该推送哪个交易给执行程序)。
2.1 串行调度
对于串行调度程序,依赖关系图很直观;每笔交易都取决于之前的交易。仅当调度程序从前一个交易接收到执行结果后,才释放下一个交易。
2.2 并行调度
当批次被添加到并行调度程序后,将计算该批次中的每个交易的前述交易。前述交易是指在当前交易之前必须被执行的交易。
每个交易都有一个输入和输出列表;这些是交易标头中的地址声明字段,在创建交易时由客户端填写。输入和输出指定了交易将访问或修改状态中的哪些位置(地址)。使用这些输入/输出声明来确定前述交易。
注意:客户写得不好的(交易)可能会因为提供了过于宽泛的输入/输出声明从而影响到并行性能。事务处理器可以通过强制执行特定的输入/输出要求,来激励客户正确编写(交易)。
并行调度程序使用Merkle-Radix树(其节点可通过状态地址或命名空间来定位)来计算前述(交易)。该树称为“前述树”。输入(地址)声明被视为(对该地址)读取,输出(地址)声明被视为(对该地址)写入。通过跟踪(对)树节点的读取(交易)和写入(交易),可以快速确定交易的前述(交易)。
与串行调度程序不同,返回给执行程序的交易顺序不是预先确定的。并行调度程序对返回哪些交易很小心。只有那些没有状态冲突的交易才会被并行执行。当执行程序请求下一个交易时,调度程序将检查未调度交易的列表;把列表中所有前述(交易)都已执行完毕的且排在最前面的那个交易返回(给执行程序)。如果没有找到,则调度程序将暂停,并在一个交易执行完成后重新检查(是否有符合前面条件的交易)。