【6】以太坊Miner模組原始碼分析
Miner模組：
類結構如下：
主要結構體
Miner、Worker、Work、CpuAgent、Result、unconfiredBlocks
Miner為挖礦的核心物件（礦工），核心成員包括註冊處理事件（mux）、工人（worker）、coinbase（預設賬戶地址hash）、後臺處理物件（eth）、共識處理引擎（engine）、判定能否挖礦的物件（canstart）、判定是否同步挖礦（shouldstart）
方法：
| 方法名 |
引數 |
主要描述 |
| update |
空 |
防止DOS攻擊 |
| Start |
coinbase |
關閉同步，啟動挖礦 |
| Stop |
空 |
停止挖礦 |
| Register |
空 |
註冊代理 |
| Unregister |
空 |
解除代理 |
| Mining |
空 |
是否挖礦 |
| HashRate |
空 |
返回Pow當前挖礦的雜湊率 |
| SetExtra |
空 |
設定worker的extra值（byte陣列） |
| Pending |
空 |
掛起返回當前掛起的塊和關聯的狀態。 |
| PendingBlock |
空 |
掛起返回當前掛起的塊 |
| SetEtherbase |
空 |
設定coinbase |
Worker為挖礦管理的核心物件，主要的屬性包括區塊配置項（BlockConfig）、共識引擎（consensus.Engine）、交易事件處理通道或生產訂閱處理（txsch、chainHead、chainSide Ch or Sub）、代理物件集、
屬性：
| 屬性名 |
型別 |
主要描述 |
| config |
*params.ChainConfig |
區塊鏈config配置 |
| engine |
consensus.Engine |
共識引擎 |
| mu |
sync.Mutex |
互斥鎖 |
| mux |
*event.TypeMux |
Type MeXUX將事件傳送到已註冊的接收方。接收機可以註冊處理某些型別的事件。任何操作MUX停止後呼叫將返回ErrMxxOutlook零值已經準備好使用了。棄用：使用飼料 |
| txsCh
|
chan core.NewTxsEvent |
|
| txsSub |
event.Subscription |
|
| chainHeadCh |
chan core.ChainHeadEvent |
|
| chainHeadSub |
event.Subscription |
|
| …… |
…… |
…… |
| agents |
agents map[Agent]struct{} |
挖礦代理通道 |
| recv |
chan *Result |
結果通道 |
| eth |
Backend |
後臺處理物件（賬號管理、鏈、交易池以及鏈儲存管理） |
| chain |
*core.BlockChain |
鏈物件 |
| proc |
core.Validator |
區塊核查物件，核查區塊兒內容 |
| chainDb |
ethdb.Database |
資料庫封裝所有資料庫操作。所有的方法都是安全的併發使用。 |
| coinbase |
common.Address |
Coinbase |
| extra |
[]byte |
區塊的extraData |
| currentMu |
sync.Mutex |
當前互斥鎖 |
| current |
*Work |
當前執行的工作work |
| snapshotMu |
sync.RWMutex |
讀寫鎖快照 |
| snapshotBlock |
*types.Block |
區塊快照 |
| snapshotState |
*state.StateDB |
狀態快照 |
| uncleMu |
sync.Mutex |
數塊互斥鎖 |
| possibleUncles |
map[common.Hash]*types.Block |
數塊雜湊對映 |
| unconfirmed |
*unconfirmedBlocks |
未確認區塊 |
| atWork |
int32 |
執行中的引擎數量 |
| running |
int32 |
狀態判定欄位 |
方法：
| 方法名 |
引數 |
描述 |
| newWorker |
Config，engine，eth，mux返回*worker |
初始化Worker函式 |
| setEtherbase |
addr （common.Address） |
設定coinbase |
| setExtra |
extra （[]byte） |
設定extra |
| pending |
返回(*types.Block, *state.StateDB) |
返回快照防止房錢互斥鎖徵用 |
| pendingBlock |
返回 *types.Block |
返回區塊快照 |
| start |
空 |
啟動所有agent挖礦工作 |
| stop |
空 |
停止所有agent挖礦工作 |
| isRunning |
空 |
返回是否執行bool值 |
| register |
agent |
註冊新代理，若worker執行則啟動代理挖礦 |
| unregister |
Agent |
解除已存在的agent，並停止挖礦 |
| update |
空 |
處理交易、區塊頭等事件，更新區塊、叔塊和交易資訊 |
| wait |
空 |
更新所有日誌中的塊雜湊，從它現在可用時，而不是在建立單個事務的收據/日誌時，廣播pending的區塊等待確認 |
| push |
Work |
建立一個新的work 任務給當前活動的礦工代理 |
| makeCurrent |
parent *types.Block, header *types.Header |
為當前迴圈，建立一個新的環境 |
| commitNewWork |
空 |
提交新的work |
| commitUncle |
Work，uncle |
在新的work中新增叔塊hash |
| updateSnapshot |
空 |
更新快照 |
| commitTransactions |
Mux、 txs、bc、coinbase |
提交交易 |
| commitTransaction |
Tx，bc、coinbase、gp |
|
Work是礦工的執行環境，掌握所有當前狀態資訊
屬性：
| 屬性名 |
型別 |
主要描述 |
| config |
*params.ChainConfig |
區塊鏈config配置 |
| signer |
types.Signer |
簽名器封裝事務簽名處理 |
| state |
*state.StateDB |
網路狀態儲存 |
| ancestors |
mapset.Set |
祖先 用於檢查叔塊父塊是否合法 |
| family |
mapset.Set |
用於檢查叔塊合法 |
| uncles |
mapset.Set |
叔塊集合 |
| gasPool |
*core.GasPool |
Gas池 用於打包交易的可用gas值 |
| Block |
*types.Block |
新塊兒 |
| header |
*types.Header |
…… |
| txs |
[]*types.Transaction |
…… |
| receipts |
[]*types.Receipt |
…… |
| createdAt |
time.Time |
…… |
Agent：挖礦代理
屬性：
| 屬性名 |
型別 |
主要描述 |
| mu |
sync.Mutex |
互斥鎖 |
| workCh |
chan *Work |
Work 通道 |
| quitCurrentOp |
chan struct{} |
取消當前操作 |
| returnCh |
chan<- *Result |
返回執行結果（work 和區塊） |
| chain |
consensus.ChainReader |
Uncle核查時提供查詢區塊鏈的物件 |
| Engine |
consensus.Engine |
共識處理引擎 |
| Started |
Int32 |
指定agent當前是否啟動 |
方法：
| 方法名 |
引數 |
描述 |
| Work |
無 返回chan<-*Work |
返回工作通道 |
| SetReturnCh |
ch |
設定Work 通道 |
| Start |
空 |
呼叫update，啟動挖礦 |
| Stop |
空 |
清空work |
| Update |
consensus.ChainReader |
Uncle核查時提供查詢區塊鏈的物件 |
| Mine |
work. stop |
呼叫engine.Seal封裝交易，打包新塊兒 |
Miner 中Gas及gasPrice相關重點分析：( blockheader 的gaslimit來源commitNewWork)
1）從miner、worker、work、agent的相關介面可知並無直接修改或者接受gas、gasprice、gaslimit的直接設定和修改，miner對gas、gasPrice不具有大的自主性修改許可權和接收許可權
2）挖礦打包的過程由eth.backend.go實現，其中物件Ethereum處理交易池、區塊鏈儲存、共識引擎、礦工、RPC服務等關鍵操作，值得注意的是ethereum物件包含gasprice物件，但該值初始化配置源於config的預設設定為big.NewInt(18 * params.Shannon),見eth.config.go檔案中的DefaultConfig；
3）從commitTransactions函式分析，若新的work 的可用gas值gasPool為nil則預設將work正在處理的區塊兒的區塊頭中的Gaslimit作為該work的gaspool，作為當前工作的可用gas。而當前work.header.Gaslimit來源於work. commitNewWork()中core.CalcGasLimit(parent),計算機制如下：
// contrib = (parentGasUsed * 3 / 2) / 1024，當父區塊Gas使用量>2/3的時候，會較上次加大gaslimit，反之減小；
計算新區塊gaslimit的貢獻度值contrib := (parent.GasUsed() + parent.GasUsed()/2) / params.GasLimitBoundDivisor（1024）
計算衰減量：decay = parentGasLimit / 1024 -1
- 最後計算得到limit := parent.GasLimit() - decay + contrib
- gaslimit 不可小於5000 不大於創世塊兒的gaslimit限制（4712388）
此處work在打包時要進行gas判斷：env.gasPool.Gas() < params.TxGas（21000），每個work的gas值（也就是說交易傳送者提供的每筆交易gas）不能低於21000；
commitTransaction呼叫了core.ApplyTransaction函式，該函式的具體實現Gas的消耗和獎勵機制，過程如下圖：
- ApplyTransaction() 首先根據輸入引數分別封裝出一個Message物件和一個EVM物件；
- 然後加上一個傳入的GasPool型別變數，由TransitionDb()函式完成tx的執行，待TransitionDb()返回之後，建立一個收據Receipt物件，最後返回該Recetip物件，以及整個tx執行過程所消耗Gas數量。
- GasPool物件是在一個Block執行開始時建立，並在該Block內所有tx的執行過程中共享，對於一個tx的執行可視為“全域性”儲存物件； Message由此次待執行的tx物件轉化而來，並攜帶了解析出的tx的(轉帳)轉出方地址，屬於待處理的資料物件；
- EVM 作為Ethereum世界裡的虛擬機器(Virtual Machine)，作為此次tx的實際執行者，完成轉帳和合約(Contract)的相關操作。
TransitioinDb()的執行過程(/core/state_transition.go)。假設有StateTransition物件st, 其成員變數initialGas表示初始可用Gas數量，gas表示即時可用Gas數量，初始值均為0，於是st.TransitionDb() 可由以下步驟展開：
- 購買Gas。首先從交易的(轉帳)轉出方賬戶扣除一筆Ether，費用等於tx.data.GasLimit * tx.data.Price；同時 st.initialGas = st.gas = tx.data.GasLimit；然後(GasPool) gp -= st.gas。
- 計算tx的固有Gas消耗 - intrinsicGas。它分為兩個部分，每一個tx預設的消耗量，這個消耗量還因tx是否含有(轉帳)轉入方地址而略有不同；以及針對tx.data.Payload的Gas消耗，Payload型別是[]byte，關於它的固有消耗依賴於[]byte中非0字節和0字節的長度。最終，st.gas -= intrinsicGas
- EVM執行。如果交易的(轉帳)轉入方地址(tx.data.Recipient)為空，呼叫EVM的Create()函式；否則，調用Call()函式。無論哪個函式返回後，更新st.gas。
- 計算本次執行交易的實際Gas消耗： requiredGas = st.initialGas - st.gas
- 償退Gas。它包括兩個部分：首先將剩餘st.gas 折算成Ether，歸還給交易的(轉帳)轉出方賬戶；然後，基於實際消耗量requiredGas，系統提供一定的補償，數量為refundGas。refundGas 所折算的Ether會被立即加在(轉帳)轉出方賬戶上，同時st.gas += refundGas，gp += st.gas，即剩餘的Gas加上系統補償的Gas，被一起歸並進GasPool，供之後的交易執行使用。
- 獎勵所屬區塊的挖掘者：系統給所屬區塊的作者，亦即挖掘者賬戶，增加一筆金額，數額等於 st.data,Price * (st.initialGas - st.gas)。注意，這裡的st.gas在步驟5中被加上了refundGas, 所以這筆獎勵金所對應的Gas，其數量小於該交易實際消耗量requiredGas。