以太坊源码分析:共识(1)矿工
前言
矿工在PoW中负责了产生区块的工作,把一大堆交易交给它,它生成一个证明自己做了很多工作的区块,然后将这个区块加入到本地区块链并且广播给其他节点。
接下来我们将从以下角度介绍矿工:
- 角色。矿工不是一个人,而是一类人,可以把这一类人分成若干角色。
- 通过了解一个区块产生的主要流程,掌握矿工的工作流。
- 通过了解矿工的主要函数介绍,掌握矿工的主要挖矿机制。
介绍矿工由哪些部分组成,会和哪些其他模块进行交互,这些部分是如何协作产生区块的。
角色
有3种角色:miner、worker、agent。我们分别使用矿长、副矿长、矿工进行类比。
- miner:是矿长,负责管理整个矿场的运作,比如:启动、停止挖矿,处理外部请求,设置挖矿获得的奖励的钱包地址等等。
- worker:副矿长,负责具体挖矿工作的安排,把挖矿任务(Work)安排给agent。
- agent:真实的矿工,他们负责挖矿,把自己的劳动成果(Result)交给worker,agent默认只有1个,可以通过API创建多个。
一个区块产生的主要流程
实际的挖矿过程基本不涉及miner,只涉及worker、agent和engine,engine是共识引擎模块,我们利用下图介绍生成一个区块的主要流程。
挖矿过程中只涉及engine的3个接口:1)Prepare()挖矿前的准备工作,2)Finalize()形成一个基本定型的区块,3)Seal()形成最终的区块。
- worker把区块头、交易、交易执行的收据等传递给engine.Finalize。
- engine.Finalize返回一个
block
,该block的header中缺少Nonce
和MixDigest
,这两个值是挖矿获取的。 - worker把block封装到
work
,把work发送给所有的agent。 - agent.update把work传递给agent.mine。
- agent.mine把work传递给engine.Seal,调用engine.Seal挖矿。
- engine.Seal把
Nonce
和MixDigest
填到区块头,生成一个new block
交给agent.mine. - agent.mine把
new block
封装成Result
,发送给worker。
矿工的主要函数
介绍miner、worker和agent的主要函数,他们是矿工的具体运作机制。
miner的主要函数
主要关注2个函数:
New()
:负责创建miner。还创建1个worker和1个agent,但agent还可以通过API创建,然后启动update
函数。update()
:负责关注downloader的3个事件:StartEvent、DoneEvent、FailedEvent。StartEvent是开始同步区块,必须停止挖矿,DoneEvent和FailedEvent是同步成功或者失败,是同步的结束,已经可以挖矿了。表明:挖矿和同步区块不可同时进行,尽量降低了区块冲突的可能。
worker的主要函数
主要是3个函数:
commitNewWork()
:负责生成work,分配agent。这个阶段做了很多工作,调用Engine.Prepare进行准备工作,创建Header,执行交易,获取Uncle,使用Engine.Finalize形成“基本定型”的临时区块,创建Work,最后把work传递给agent。另外commitNewWork
存在多处调用,并且worker有wait
和update
另外2个协程,他们都会调用commitNewWork
,所以存在临界区需要谨慎加锁。update()
:负责处理外部事件。它是死循环,主要处理3种事件:1)ChainHeadEvent,有了新区块头,所以得切换到挖下一个高度的区块,2)ChainSideEvent,收到了uncle区块,缓存起来,3)TxPreEvent,预处理交易,如果在挖矿执行commitNewWork
,如果未挖矿,则交易设置为未决状态。wait()
:负责处理agent挖矿的结果。它是死循环,一直等待接收agent发回的result,然后把区块加入到本地数据库,如果没有问题,就发布NewMinedBlockEvent
事件,通告其他节点挖到了一个新块。
agent的主要函数
主要2个函数:
update()
:负责接收worker发来的任务(work)。它是死循环,把work交给mine去挖矿。mine()
:负责挖矿。它拥有挖矿的能力,调用Engine.Seal挖矿,如果挖矿成功则生成result,发送给worker。
最后两张图片来源网络,侵删。
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