以太坊源码分析:共识(1)矿工

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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工作了很多区块,然后将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:

  1. 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。
  2. 一个区块产生的主要流程。
  3. 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。

  • 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。

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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。

  1. worker把区块头、交易、交易执行的收据等传递给engine.Finalize。
  2. engine.Finalize返回一个block,该block的header中缺少NonceMixDigest,这两个值是挖矿获取的。
  3. worker把block封装到work,把work发送给所有的agent。
  4. agent.update把work传递给agent.mine。
  5. agent.mine把work传递给engine.Seal,调用engine.Seal挖矿。
  6. engine.Seal把NonceMixDigest填到区块头,生成一个new block交给agent.mine.
  7. agent.mine把new block封装成Result,发送给worker。

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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:

  1. 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。
  2. 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:

  1. 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waitupdate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。
  2. 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。
  3. 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。

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agent的主要函数

主要2个函数:

  1. 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。
  2. 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。
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  2. 本文作者:大彬
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