SEI DB: لماذا يعد تحسين قاعدة البيانات ضروريًا للتوسع

المؤلف: ستيف المصدر: 4Pillars الترجمة: شان أوبا ، عالم البتات

نقطة

“التنفيذ الموازي” هو أحد الكلمات الرئيسية في صناعة blockchain في العام الماضي.ومع ذلك ، من أجل تنفيذ التنفيذ المتوازي حقًا ، يحتاج أيضًا إلى الابتكار في مختلف المجالات.
لقد أدركت SEI معالجة EVM الموازية هذه الضرورة وقد فكرت في تحسين قاعدة البيانات منذ العام الماضي.نتائج هذه الجهود هي SEI DB.
يحول SEI DB بنية قاعدة البيانات الفردية التقليدية إلى بنية معيارية مقسمة إلى طبقتين.إنه يلغي البيانات الوصفية غير الضرورية ويؤدي إلى تحسين الوصول إلى الحالة ، وبالتالي التخلص من الكفاءة المنخفضة لمستوى قاعدة البيانات وتحسين الأداء الكلي لـ blockchain.لا تعد طريقة SEI مثالًا جيدًا فقط على متابعة blockchain ، ولكن أيضًا للبناة الذين يهدفون إلى تحسين كفاءة blockchain الكلية.

في عامي 2023 و 2024 ، هناك العديد من الكلمات الرئيسية في دورة سوق blockchain.ومع ذلك ، وجدت أن الكلمات الرئيسية الأكثر إثارة للاهتمام في التكنولوجيا هي “التنفيذ اليومي”.على الرغم من أن السوق على دراية بمعالجة EVM المتوازية ، إلا أنني أعتقد أنه من خلال المعاملات المتوازية ، فقد تحسن بشكل أساسي من أداء blockchain من EVM نفسه.

بالحديث عن “التداول المتوازي التنفيذ” ، قد تفكر في سلاسل مختلفة ، ولكن أول شيء أفكر فيه هو SEI blockchain.إنهم ليسوا أول شخص يقدم مفهوم المعالجة الموازية بالتوازي ، لكنهم يلعبون دورًا مهمًا في تعميم هذه الكلمة الرئيسية في السوق.اعتبارًا من كتابة هذه المقالة ، أصبحت شبكة SEI أول طبقة من blockchain الطبقة 1 التي تتم معالجتها في معالجة متوازية.وذلك لأنهم أقروا اقتراح الحوكمة يدعم معالجة EVM الموازية.

إن مرور اقتراح حوكمة SEI V2 له أهمية كبيرة ، لأنه يدل على أن المعالجة الموازية للمعالجة الموازية التي كان من الصعب تنفيذها قد وصلت إلى مرحلة عملية.لماذا يصعب التقدم بطلب للحصول على معاملات متوازية؟كشفت المسحات الخاصة بي عن عدة أسباب.بادئ ذي بدء ، من المحتمل أن تحدث النزاعات بين المعاملات التي تؤثر على نفس الحالة (مثل تغيير رصيد الحساب نفسه).عند تحديد ترتيب المعاملة ، سيزداد التعقيد.أهم شيء هو أنه حتى لو تم موازنة الشؤون في طبقة التنفيذ ، فمن الصعب تحقيق تحسين كبير في قابلية التوسع دون تحسين مستوى قاعدة البيانات.هذه القضايا تجعل تنفيذ المعالجة الموازية بالتوازي.

تم الإشارة إلى مؤسس SEI و CTO Jayendra من خلال قنوات إعلامية مختلفة (قاعدة البيانات -تحسين المستوى).إذا كانت المعالجة الموازية EVM أو المعاملة العامة معالجة متوازية تعتبر فقط تحسين مستوى “التنفيذ” في blockchain ، فلا يمكن تحقيق تحسين كبير في قابلية التوسع.لذلك ، لمناقشة أداء المعالجة المتوازية ، من الضروري حل كيفية تحقيق تحسين قاعدة البيانات.

أريد اليوم أن أتحدث عن كيفية تحسين SEI blockchain من قاعدة البيانات الخاصة به.يرجى ملاحظة أن تحسين قاعدة البيانات ليس مجرد مشكلة في دعم المعالجة الموازية ؛هذا تحد يواجه جميع blockchain عالية الأداء التي تحتاج إلى التعامل مع عدد كبير من المعاملات.من خلال هذه المقالة ، آمل أن يتمكن القراء من التعرف بشكل أعمق على SEI V2 ، وآمل أيضًا أن يتمكن أولئك الذين يقومون بتصميم blockchain ذات الأداء العالي من الحصول على رؤى قيمة لتصميم قواعد البيانات في blockchain عالية الأداء.

1. مشكلة تخزين blockchain: توسيع الدولة

1.1 ما هي الدولة في blockchain؟

قبل مناقشة مشكلة التخزين ، نحتاج إلى تحديد معنى الدولة.ما هي الدولة في خلفية blockchain؟تشير الحالة إلى المعلومات الخاصة بجميع الحسابات في blockchain ، بما في ذلك المعلومات التفصيلية للحساب نفسه ورصيد الحساب ورمز العقد.لذلك ، عند التداول على blockchain ، فإنه يؤثر حتما على حالة معينة.على سبيل المثال ، إذا تم نقل A إلى B إلى B ، فيجب تحديث أرصدة A و B.هذا هو معنى تغيير البلاد.ما هو تأثير تغير الدولة؟بشكل عام ، لا نعتقد أن الدولة لا يتم زيادة إلا من خلال التغييرات ، ولكن حتى المعاملة التي تغير فقط الدولة ستترك سجلات التداول في تاريخ blockchain (يسمى هذا النوع من البيانات حالة تاريخية).لذلك ، يمكن القول أنه حتى المعاملة مع تغييرات الدولة ستزيد قليلاً من حجم الولاية.بمعنى آخر ، تساعد جميع المعاملات على جميع السلاسل نمو البلاد.

1.2 مشكلة نمو الحالة في blockchain السريعة

كما أوضحت من قبل ، تساعد صفقة السلسلة على نمو الدولة.بالنسبة إلى blockchain السريع مثل SEI ، فإنه يتعامل مع المزيد من المعاملات في غضون وقت معين.إذا أضفنا المزيد من الدعم للتنفيذ الموازي للمعاملات ، فستنمو الحالة بشكل أسرع ، مما سيؤدي إلى العديد من المشكلات:

قم بزيادة تكلفة تشغيل العقدة: يجب أن تخزن العقدة بأكملها حالة blockchain بأكملها ، مما يزيد من تكلفة التخزين ويجعل من الصعب تشغيل العقدة على blockchain.قد يؤدي ذلك إلى المركزية لأن عتبة الدخول لتشغيل عقدة كاملة تصبح أعلى.
يتناقص أداء blockchain: تعني الحالة الكبيرة أن العقد تحتاج إلى مزيد من الوقت لمعالجة المعاملات والتحقق منها.كلما كانت المعاملة التي تغير حالة blockchain ، تحتاج العقد إلى قراءة وتحديث قيم الحالة ذات الصلة.مع نمو الدولة ، يجب الوصول إلى مزيد من البيانات ، ويجب تغيير قيمة المزيد من الدولة.سيؤدي ذلك في النهاية إلى أداء blockchain أبطأ.
مشكلة مزامنة العقدة: تشارك blockchain بشكل أساسي في عقد متعددة دفتر الأستاذ المشترك والمزامنة بشكل مستمر ودائم فعال.إذا أصبحت الدولة كبيرة جدًا ، فستصبح إضافة العقد الجديدة صعبة للغاية.يجب على العقدة الجديدة تنزيل دفتر الأستاذ بالكامل للسلسلة للمشاركة في الشبكة الرئيسية.تأخذ السلسلة “اللقطة” للسجل بأكمله في نقطة محددة.ومع ذلك ، إذا كانت السلسلة كبيرة جدًا ، فإن الأمر يستغرق وقتًا طويلاً لالتقاط لقطة ، وخلال هذه الفترة ، يستمر blockchain في إضافة معاملات وبيانات جديدة.هذا الاختلاف قد يجعل مزامنة العقد الجديدة صعبة.ستواجه العقد المتزامنة والخلفية أيضًا الكثير من الوقت والتكاليف للحاق بالركب ، مما يجعل مشاكل الأداء وجعل العقد الجديدة أكثر صعوبة في الانضمام ، مما قد يؤدي إلى مشاكل مركزية.

تسمى المشكلة التي تصبح كبيرة جدًا في blockchain توسع الحالة.إذا تم تنفيذ المعاملة بالتوازي دون تحسين قاعدة البيانات ، فسيتم توسيع الحالة بشكل أكبر ، مما يؤدي إلى مشاكل مختلفة.تعيق هذه القضايا في النهاية تحقيق الفوائد التي يلفها التنفيذ الموازي للشؤون.لقد أدركت SEI هذه المشكلة منذ البداية ، ونتيجة هذا الفهم هي SEI DB.إذن ، ما الذي يركز عليه SEI DB على التصميم وكم تتحسن قاعدة البيانات؟

2. إدخال SEI DB ، أسرع blockchain وأسرع قاعدة بيانات

يستخدم SEI V1 هياكل قاعدة البيانات العادية القائمة على هياكل شجرة أديلسون و Landis (IAVL) غير المتغيرة.في Ethereum ، مفهوم مماثل هو Merkle Patricia Trie (MPT).ومع ذلك ، ثبت أن هذا الهيكل غير فعال في عدة جوانب: 1) يحتاج إلى تخزين كمية كبيرة من البيانات الوصفية على كل عقدة.البيانات تتجاوز التوقعات.من أجل حل هذه المشكلات غير الفعالة ، أطلقت SEI SEI DB ، وهي بنية قاعدة بيانات معيارية تقسم التخزين إلى طبقتين.

لماذا تقسم قاعدة البيانات إلى طبقتين؟لأن البلد نفسه مقسم إلى حالة تاريخية وحالة نشطة.من أجل فهم SEI DB بشكل أفضل ، من الضروري تحديد النوعين من هذين النوعين:

حالة تاريخية

تشير الحالة التاريخية إلى جميع الدولة المسجلة قبل ارتفاع كتلة Blockchain.بمعنى آخر ، أنه يحتوي على جميع السجلات السابقة لـ blockchain ، باستثناء الكتل المعالجة حاليًا.على سبيل المثال ، جميع سجلات المستخدمين في الماضي هي الدولة تاريخيا.

حالة النشاط

تتضمن حالة النشاط معلومات تتعلق بأحدث ارتفاع كتلة.ببساطة ، يتضمن أحدث المعلومات المسجلة على blockchain ، مثل الرصيد الحالي للمستخدم.

حتى من هذه التعريفات ، من الواضح أن الحالة التاريخية وحالة النشاط تحتوي على معلومات مختلفة واضحة ، وأن الحالة التاريخية أثقل بكثير من حالة النشاط.تهدف SEI إلى تحسين قاعدة البيانات من خلال التعامل مع هذين النوعين من الحالات في أماكن مختلفة.

تنقسم SEI DB إلى 1) التزام الحالة (طبقة SC) و 2) طبقة تخزين الحالة (طبقة SS).دعونا ندرس شخصيات هذه الطبقات وكيف تتفاعل.

2.1 طبقة وعد الحالة (طبقة SC)

طبقة وعد الحالة لإدارة حالة sei blockchain.المكون الأكثر أهمية في طبقة SC هو رسم خرائط الذاكرة IAVL (MEMIAVL) ، وهو نسخة معدلة من شجرة IAVL المستخدمة في COSMOS SDK.تعديل الكفاءة المنخفضة المذكورة سابقًا وأحسن الوصول إلى الحالة.ولكن لماذا Memiavl فعالة جدا للوصول إلى الحالة؟لفهم هذا ، نحتاج إلى دراسة مفهوم رسم خرائط الذاكرة المستخدمة من قبل SEI.

بشكل عام ، عند معالجة الملفات ، استخدم ملفات الملفات الوصفية أو مؤشرات بنية الملف للوصول إليها ، والتي تتطلب عمليات الإدخال والإخراج من خلال المخزن المؤقت.يقوم تعيين الذاكرة (MMAP ()) بحل هذه المشكلة عن طريق تعيين الملف إلى مساحة العنوان الظاهري للعملية ، مع السماح بقراءة أو كتابة بيانات دون استخدام وظائف القراءة أو الكتابة.

وفقًا لـ SEI ، يمكن لـ MEMIAVL تحقيق الوصول إلى المئات من ثواني الأظافر.

(يركز الشكل أعلاه على الكتابة (تقديم) بدلاً من قراءة الحالة. توضح هذه النتيجة أن مزيج SEIDB والتقديم غير المتزامن قد حقق تحسينات كبيرة في الأداء.)

من أجل تسهيل الفهم ، دعونا نوضح دورة حياة المعاملات المسجلة على الكتل المعاملات بأكملها باستخدام memiavl:

عند حدوث المعاملة ، اقرأ الحالة من MEMIAVL ، وسيؤدي تنفيذ المعاملات إلى تغييرات الحالة (المعروفة أيضًا باسم التغييرات)
يتم تطبيق مجموعة التغيير أولاً على شجرة Memiavl ، ثم يمكنك إعادة حساب التجزئة الجديدة.
يتم تضمين قيمة جذر الحالة المحسوبة حديثًا في رأس الكتلة ، وتم تسجيل معاملة الملصقات بنجاح على blockchain.
في غوروتين مختلف ، تكون هذه التغييرات غير متزامنة غير متزامنة لملف WAL ويمكن استخدامها لاستردادها (إذا كنت بحاجة إلى استعادة عقدة ، فيمكنك استخدام اللقطة الحديثة والمعلومات المخزنة في WAL للاسترداد).).).

لقد قللت هذه التغييرات بشكل أساسي من استخدام وحدات المعالجة المركزية والذاكرة ، مما يتيح SEI من بناء blockchain السريع بشكل غير طبيعي دون الحاجة إلى مواصفات عالية الأجهزة.

2.2 طبقة تخزين الحالة (طبقة SS)

حالة النشاط الأكثر أهمية في الدولة التي تقدم إدارة الطبقة ، وجميع السجلات قبل حالة نشاط معالجة طبقة تخزين الحالة ، والمعروفة أيضًا باسم الحالة التاريخية.تتكون طبقة تخزين الحالة من SEI V2 من ثلاثة مكونات رئيسية.

2.2.1 تخزين قيمة المفتاح الأصلي

أي شخص على دراية بـ blockchain سيواجه مفهوم زوج القيمة الرئيسية.يستخدم هيكل تخزين البيانات المفتاح كمعرف فريد ويتم استخدام قيمة الاستخدام كبيانات مرتبطة.على سبيل المثال ، في سياق blockchain ، يتم تمثيل رصيد الحساب أو حالة العقد بواسطة المفتاح ، والبيانات المقابلة (مثل عدد الرمز المميز في الحساب) هي القيمة.

على الرغم من أن هياكل تخزين القيمة الرئيسية شائعة في blockchains وقواعد البيانات الأخرى ، يتم تحسين SEI عن طريق تقليل تخزين data -data ، وبالتالي تقليل كمية بيانات التخزين.بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن المفتاح يتم تعيينه مباشرةً إلى القيمة ، فلا توجد طبقة تجريبية إضافية ، وبالتالي فإن سرعة الوصول إلى البيانات أسرع ، وبالتالي تحسين الكفاءة الكلية لـ blockchain.

2.2.2 نهاية قاعدة البيانات المرنة

تعتبر كفاءة بنية قاعدة البيانات مهمة بنفس القدر كدعمها لمختلف عمليات التخزين الخلفية.يجب أن يكون استخدام نهاية التخزين الخلفية للتخزين المطلوبة لاستخدام نهاية التخزين الخلفية واحدة مقيدًا ، لأن هذا سيمنعهم من تحسين النهاية الخلفية لتلبية احتياجاتهم الخاصة.يدعم SEI V2 PebbledB و RocksDB و SQLite ، مما يسمح للعقد بتحديد قاعدة البيانات الأكثر ملاءمة لاحتياجاتها.تتم مقارنة خصائص قواعد البيانات الثلاثة هذه أدناه:

تتوافق خصائص قاعدة البيانات التي تدعمها SEI V2 مع أداء SEI.يتم تحسين كل قاعدة من قواعد البيانات هذه ، والتي يمكن أن تعالج البيانات الكبيرة بشكل فعال وتقليل الكتابة والإصدار الكبيرة (أي تقليل تواتر كتابة البيانات إلى القرص).

قال SEI أن Pebbledb أظهر أفضل أداء في قاعدة البيانات المدعومة.ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن قواعد البيانات هذه لها مزاياها وعيوبها.للحصول على مزايا وعيوب مفصلة ، يمكنك الرجوع إلى مخطط المقارنة الذي يوفره فريق SEI.

2.2.3 التقليم غير المتزامن

أخيرًا ، يكون المكون المراد مناقشته هو التشذيب غير المتزامن.في سياق blockchain ، تشير التشذيب إلى عملية حذف البيانات غير الضرورية أو القديمة من blockchain.تقليديا ، سيكون لعملية التشذيب تأثير سلبي على أداء الشبكة.ومع ذلك ، فإن التنفيذ غير المتزامن لعمليات التقليم يعني أن هذه المهام يتم تنفيذها في الخلفية ، والتي لن تؤثر على عمليات blockchain الرئيسية.تتيح هذه الطريقة SEI تحسين بيانات الحالة التاريخية وتقليل احتياجات التخزين للعقد دون التأثير على أداء blockchain.

باختصار ، فإن طريقة إدارة قاعدة البيانات المبتكرة لـ SEI V2 ، بما في ذلك تخزين القيمة الرئيسية الأصلية ، ودعم قاعدة البيانات المرنة -الدعم غير المتزامن لضمان أنشطة المعالجة الفعالة وبيانات الحالة التاريخية ، وبالتالي تحسين الأداء العام لل blockchain والتوسع القابل للتطوير الجنس blockchain.

3. نتائج تنفيذ SEI DB

لقد استكشفنا الآن طبقتين من طبقة تقديم الحالة وطبقة تخزين الحالة) ودرسنا أحرف ووظائف كل طبقة.من خلال هذا التفسير ، تعلمنا أن SEIDB عزز من الناحية النظرية أداء SEI blockchain من خلال قواعد البيانات وتحسينه.ومع ذلك ، فإن أهم شيء هو النتيجة الفعلية.عندما يقوم فريق SEI بتنفيذ SEIDB في بيئة شبكة الاختبار ، يتم الحصول على البيانات التالية:

1. تقليل حالة النشاط

تم قياس حجم حالة النشاط المخزنة في الذاكرة ، وأظهرت النتائج أن حجم النشاط قد انخفض بنسبة 60 ٪.

2. معدل نمو البيانات التاريخية ينخفض

تقييم معدل نمو الحالة التاريخية ، ووجد أنه أكثر من 90 ٪ أبطأ من قاعدة البيانات السابقة.

3. يتم تقليل وقت التزامن

أظهر الوقت اللازم لقياس حالة التزامن للعقدة أن السرعة زادت بحوالي 1200 ٪.

4. انخفاض وقت اليانصيب

الوقت المطلوب من الكتلة المتزامنة من نقطة اللقطة إلى أحدث ارتفاع كتلة ، تتضاعف سرعة العرض من قاعدة البيانات السابقة.

5. انخفاض في وقت تقديم الكتلة

تم قياس الوقت اللازم لتقديم الكتلة إلى blockchain ، وأظهرت النتيجة أن السرعة قد زادت بمقدار 287 مرة مقارنة بقاعدة البيانات السابقة.

6.TPS (عدد المعاملات في الثانية)

تم قياس الوقت اللازم لمكتب المعالجة ، وأظهرت النتائج أن السرعة زادت بأكثر من الضعف مقارنة بقاعدة البيانات السابقة.

استنادًا إلى هذه المؤشرات ، سيظهر تنفيذ SEI V2 من خلال SEIDB تحسنًا كبيرًا في الأداء.على الرغم من أنه مغطى بالسرد الرئيسي لتوافق EVM ، من المحتمل أن يتغير التحسين الطويل المدى لـ SEI في مستويات قاعدة البيانات.

4. نتطلع إلى المستقبل: ما وراء السرد وقدم المساهمات الفعلية

وصل عصر SEI V2.في السوق الحاسم ، يذكر SEI V2 عمومًا “المعالجة الموازية EVM”.ومع ذلك ، إذا قمت بدراسة التغييرات بعناية الناتجة عن ترقية V2 ، فستجد أن التحول التكنولوجي المكثف يتجاوز بكثير نطاق دعم EVM وتحسين المعالجة الموازية.على الرغم من أن مؤشرات الأداء التي ذكرتها سابقًا هي نتائج الاختبار فقط قبل إصدار الشبكة الرئيسية V2 ، إلا أن التأثير الفعلي لا يزال يتعين ملاحظته.ومع ذلك ، فإن هذه الجهود تستحق الاهتمام المستمر ، لأن الأداء الفعلي لـ SEI V2 يمكن أن يلهم الطبقة 1 blockchain لاختبار قاعدة البيانات الخاصة به ، مما يجعل هدفًا أوسع من “تحسين أداء blockchain”.

منذ البداية ، تتبع SEI هدفًا واحدًا في أن تصبح “blockchain السريع” وأجرت بحثًا مكثفًا لتحقيق هذا الهدف.بصفتي باحثًا ، امتدحهم بالتفاني الذي لا يطاق لتنفيذ blockchain السريع.بالإضافة إلى ذلك ، آمل أن تستمر أبحاثهم في تطوير وإحضار ابتكار قاعدة بيانات أفضل.ستمكننا هذه الجهود من بناء blockchain ممتاز ، وتجعل تكنولوجيا blockchain أكثر عرضة لاستخدامها من قبل جماهير أكثر شمولاً.