如何提升區(qū)塊鏈系統(tǒng)性能是很多開(kāi)發(fā)者都會(huì)關(guān)注的事，但是有些對(duì)區(qū)塊鏈并非十分熟悉的開(kāi)發(fā)者可能會(huì)感到?jīng)]有頭緒。長(zhǎng)安鏈提供了性能分析工具幫助開(kāi)發(fā)者梳理系統(tǒng)耗時(shí)，優(yōu)化系統(tǒng)性能。下面對(duì)長(zhǎng)安鏈性能分析工具原理及使用進(jìn)行介紹。

一、 概述

time_counter.sh是長(zhǎng)安鏈性能分析工具，可用于分析TBFT共識(shí)下，一輪完整共識(shí)過(guò)程中各個(gè)階段的耗時(shí)情況，幫助用戶(hù)了解底鏈性能。采用此性能分析工具，需要確保txpool、core、consensus、storage模塊開(kāi)啟INFO級(jí)別的日志。

二、一輪共識(shí)過(guò)程

圖 1 一輪共識(shí)流程圖

1、整體流程

整體共識(shí)流程如上圖所示，主要分為四個(gè)階段，分別是Proposal, Prevote, Precommit, Commit，下面分別從共識(shí)主從節(jié)點(diǎn)視角介紹四個(gè)階段的流程。

○?Proposal階段：開(kāi)始新一輪共識(shí)時(shí)，會(huì)選舉出新的主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)的共識(shí)模塊consensus會(huì)通知核心引擎模塊core構(gòu)造區(qū)塊，共識(shí)模塊收到新的區(qū)塊后，將會(huì)構(gòu)造提案并廣播給其他的從節(jié)點(diǎn)，自己則進(jìn)入到prevote階段并廣播prevote投票。

○?Proposal階段：從節(jié)點(diǎn)的共識(shí)模塊consensus收到主節(jié)點(diǎn)廣播的提案后，將會(huì)通知自身的核心引擎模塊core驗(yàn)證并執(zhí)行區(qū)塊，區(qū)塊有效則進(jìn)入到prevote階段并廣播自己的prevote投票。

○?Prevote階段：主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)在prevote階段收到2f+1張prevote投票后，將會(huì)進(jìn)入到precommit階段。

○?Precommit階段：主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到precommit階段后，會(huì)構(gòu)造并廣播自己的到precommit投票，并將此時(shí)的共識(shí)狀態(tài)寫(xiě)入wal中，確保重啟時(shí)恢復(fù)到最新的共識(shí)狀態(tài)，在收到2f+1張precommit投票后，將會(huì)進(jìn)入到commit階段。

○?Commit階段：主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到commit階段后，會(huì)通知自身的核心引擎模塊core提交區(qū)塊，core調(diào)用存儲(chǔ)模塊將區(qū)塊寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，并通知共識(shí)模塊進(jìn)入下一高度區(qū)塊的共識(shí)流程。

2、具體操作

此部分細(xì)化了上述整體流程中各個(gè)階段的具體操作，性能分析工具會(huì)根據(jù)關(guān)鍵日志檢索出各具體操作的耗時(shí)情況。

（1）主節(jié)點(diǎn)core模塊構(gòu)造區(qū)塊和執(zhí)行交易GenBlock

○ fetch: 交易池檢索一批交易用于構(gòu)造區(qū)塊；

○ prune：交易池調(diào)用存儲(chǔ)模塊進(jìn)行增量防重；

○ cache：在區(qū)塊剪裁模式下，交易池會(huì)緩存fetch的交易，以便從節(jié)點(diǎn)缺失這些交易時(shí)，可向主節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求。

○ filter：布谷鳥(niǎo)對(duì)txId進(jìn)行格式和時(shí)間校驗(yàn)；

○ begin DB transaction：采用sql存儲(chǔ)時(shí)，開(kāi)啟一個(gè)事務(wù)；

○ new snapshot：執(zhí)行交易前，創(chuàng)建snapshot，作為這個(gè)區(qū)塊執(zhí)行時(shí)的快照；

○ vm：交易并行調(diào)度執(zhí)行和DAG構(gòu)建；

○ finalize block: 計(jì)算區(qū)塊頭中交易默克爾樹(shù)根、讀寫(xiě)集樹(shù)根、DAG樹(shù)根；

（2）主節(jié)點(diǎn)consensus模塊構(gòu)造提案GenProposal

○ signBlock: 計(jì)算區(qū)塊哈希值和對(duì)區(qū)塊簽名；

○ signProposal: 對(duì)提案進(jìn)行簽名；

（3）從節(jié)點(diǎn)consensus模塊驗(yàn)證提案ProcProposal

○ verify：驗(yàn)證主節(jié)點(diǎn)身份和驗(yàn)證提案簽名；

（4）從節(jié)點(diǎn)core模塊驗(yàn)證區(qū)塊和執(zhí)行交易VerifyBlock

○ blockSign: 驗(yàn)證區(qū)塊簽名；

○ vm: 按DAG順序執(zhí)行交易；

○ txVerify：core模塊從交易池取出區(qū)塊中交易和驗(yàn)證交易（對(duì)于區(qū)塊中在交易池的交易只需比對(duì)交易哈希是否一致；對(duì)于區(qū)塊中不在交易池中的交易會(huì)進(jìn)行交易格式、權(quán)限、時(shí)間戳及防重檢查）；

○ txRoot：計(jì)算并校驗(yàn)三顆樹(shù)根是否有效；

○ pool：區(qū)塊剪裁模式下，對(duì)區(qū)塊進(jìn)行恢復(fù)；

○ consensusCheckUsed: 對(duì)于同步過(guò)來(lái)的區(qū)塊，驗(yàn)證區(qū)塊中QC是否有效；

（5）從節(jié)點(diǎn)Prevote階段

○?從節(jié)點(diǎn)prevote階段主要操作包括構(gòu)造自身的prevote投票并對(duì)收到的2f+1張prevote投票進(jìn)行驗(yàn)簽，及投票的網(wǎng)絡(luò)廣播

（6）主從節(jié)點(diǎn)Precommit階段

○?主從節(jié)點(diǎn)precommit階段主要操作包括構(gòu)造自身的precommit投票并對(duì)收到的2f+1張precommit投票進(jìn)行驗(yàn)簽，及投票的網(wǎng)絡(luò)廣播；

○?共識(shí)狀態(tài)寫(xiě)入wal文件：marshalData和marshalEntry為序列化共識(shí)狀態(tài)操作，saveWal為將序列化結(jié)果寫(xiě)入wal文件；

（7）主從節(jié)點(diǎn)提交區(qū)塊CommitBlock

○ check: core模塊驗(yàn)證區(qū)塊高度和區(qū)塊前置哈希是否合法；

○ marshal：DB模塊對(duì)區(qū)塊和交易讀寫(xiě)集進(jìn)行序列化；

○ writeFile：DB模塊序列化結(jié)果寫(xiě)入wal文件；

○ writeCache：DB模塊對(duì)區(qū)塊信息寫(xiě)緩存；

○ writeBatchChan：DB模塊將區(qū)塊信息放入順序?qū)慶hannel；（快速寫(xiě)模式）

○ writeKvDB：DB模塊將區(qū)塊信息寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)；（普通寫(xiě)模式）

○ ss：清除snapshot；

○ conf：如果是配置交易則進(jìn)行配置變更；

○ pool：交易池刪除該區(qū)塊中的交易并將旁枝區(qū)塊中的交易重新放回交易池；

○ pubConEvent：對(duì)區(qū)塊中交易事件進(jìn)行通知；

○ filter：將區(qū)塊中交易加入到布谷鳥(niǎo)過(guò)濾器；

○? other：添加監(jiān)控記錄；

（8）其他操作

○?主要是模塊間通過(guò)msgbus交互的操作、主節(jié)點(diǎn)廣播proposal到從節(jié)點(diǎn)接受proposal間的網(wǎng)絡(luò)傳遞等過(guò)程；

○?還有部分操作，底鏈關(guān)鍵日志中并未進(jìn)行記錄；

三、 使用說(shuō)明及分析

1、使用說(shuō)明
(1)??從官網(wǎng)下載性能分析工具，并賦予可執(zhí)行權(quán)限；
(2)??將各個(gè)共識(shí)節(jié)點(diǎn)包含想要分析的區(qū)塊高度范圍的日志拷貝到性能分析工具所在目錄下，并將對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的日志命名為system.log.1, system.log.2, system.log.3，system.log.4等；
(3)??運(yùn)行腳本工具，傳入共識(shí)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，起始區(qū)塊高度，結(jié)束區(qū)塊高度；
使用示例：?
./time_counter_2.3.1.sh 4 100 110

2、分析結(jié)果

圖 2 各階段各具體操作耗時(shí)分析結(jié)果

一輪共識(shí)流程整體耗時(shí)：?

core_commit_interval = (1)主節(jié)點(diǎn)core模塊GenBlock時(shí)間 + (2)主節(jié)點(diǎn)consensus模塊GenProposal時(shí)間 + (3)從節(jié)點(diǎn)consensus模塊ProcProposal時(shí)間 + (4)從節(jié)點(diǎn)core模塊VerifyBlock時(shí)間 + (5)從節(jié)點(diǎn)prevote階段耗時(shí) + (6)主從節(jié)點(diǎn)precommit階段耗時(shí) + (7)主從節(jié)點(diǎn)core模塊CommitBlock時(shí)間 + (8) 其他操作時(shí)間

重疊時(shí)間說(shuō)明：?

○ txpool_total 是主節(jié)點(diǎn)交易池中fetch、prune、cache三部分時(shí)間的加和；

○ core_gen_fetch 即交易池txpool_total的時(shí)間，core模塊也進(jìn)行了記錄；

○ core_gen_total 是主節(jié)點(diǎn)core模塊構(gòu)造區(qū)塊的整體時(shí)間；

○ consensus_total 是主節(jié)點(diǎn)consensus模塊對(duì)區(qū)塊簽名和構(gòu)造提案的時(shí)間；

○ consensus_proposal 是主節(jié)點(diǎn)proposal階段整體耗時(shí)，包括了core模塊構(gòu)造區(qū)塊和consensus模塊構(gòu)造提案的時(shí)間；

○ core_verify_total 是從節(jié)點(diǎn)core模塊驗(yàn)證區(qū)塊和執(zhí)行交易的總時(shí)間；

○ storage_total 是存儲(chǔ)寫(xiě)區(qū)塊和讀寫(xiě)集等信息的總時(shí)間；

○ core_commit_db 即存儲(chǔ)模塊storage_total的時(shí)間，core模塊也進(jìn)行了記錄；

○ core_commit_total 是core模塊提交區(qū)塊的總時(shí)間；

○ core_commit_interval 是此區(qū)塊的一輪共識(shí)總時(shí)間；

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