作者： toly , Solana共同創辦人
編譯：Felix, PANews
每天大約有100萬個新帳戶被加入到Solana中，現在的總狀態已超5億，而快照大小約為70GB。隨著硬體的改進，這些數字本身是完全可管理的，但是SVM運行時的目標是提供最便宜的硬體存取方式，為了實現這一點，必須在當前硬體限制內管理狀態和記憶體。
PCI頻寬
截至2024年，最新的PCI頻寬可以達到0.5 Tbs到1 Tb的吞吐量。或每秒64GB到128GB。雖然聽起來很大，但如果一個tx讀取/寫入為128MB, 128GBps的PCI頻寬會將鏈的TPS限制在1000左右。實際上，大多數txs訪問的是最近載入並快取到RAM中的記憶體。理想的設計應該是允許載入1000個具有128MB新狀態的txs，再加上10k或更多讀取和寫入現有快取狀態的txs。
帳戶索引
建立新帳戶需要證明該帳戶目前不存在。這通常是在每個驗證器上自動完成，因為每個驗證器都有當前所有有效帳戶的完整索引。即使帳戶資料不儲存在本地，只儲存資料的哈希，5億個帳戶也將是32位元組的金鑰+ 32位元組的資料雜湊或每項64位元組，即32 GB。這已經足可以保證RAM和磁碟的分離。
快照大小
在某些快照大小（Snapshot Size）下，如果部分網路出現硬體故障，冷啟動新系統所需的時間足以延長最壞情況的重新啟動時間。隨著頻寬和硬體的改進，情況每天都在變化，而Solana並沒有接近這個限制，但該限制在任何時間點都存在。
概要
記憶體和磁碟具有不同的效能特徵和限制。如果SVM不區分，那麼交易和限制就必須針對最壞的情況進行定價，進而限制了效能。在交易執行期間，所有帳戶金鑰至少必須可用，且總帳戶數量將影響RAM和磁碟PCIi頻寬利用率。快照不能任意增大。理想的解決方案是：
- 允許將更多不需要PCI資源的txs打包到區塊中
- 管理總索引大小和快照大小
Chilly、Avocado、LSR。糟糕的名字通常是優秀軟體設計的標誌。 Anza和Firedancer的工程師想出了以下方案。
Chilly
帳戶執行時的快取由所有實例（instances）進行確定性管理。從更高層次看，這是存取狀態的LRU快取。在區塊建置和調度期間，此實作（implementation）可以輕鬆檢查帳戶，不需要鎖定或迭代LRU快取。快取是用一個非常簡單的計數器機制來實現。
- 總載入位元組被追蹤為Bank::loaded_bytes:u64
- 每個帳戶在使用時都會用目前運行總數account::load_counter:u64進行標記
- 載入帳戶時，如果Bank::loaded_bytes - Account::load_counter > CACHE_SIZE，則帳戶被視為冷帳戶，其大小是根據每個區塊的LOAD_LIMIT計算
- 新帳戶load_counter為0，因此所有新帳戶都是冷帳戶
- Leader的排程器將LOAD_LIMIT當作一個浮水印，類似寫鎖CU限制。
這種設計的絕妙之處在於，它自然適合當前的調度程序。用戶只需要擔心他們的優先費。調度程序必須處理將所有低於LOAD_LIMIT和帳戶寫鎖限制的tx放入背包問題。最高優先權的tx可以先載入並使用LOAD_LIMIT。一旦達到這個限制，所有其他tx仍然可以放入一個區塊中。因此，驗證器可以最大化緩解txs的快取局部性。
Avocado
Avacado由兩部分組成，狀態壓縮和索引壓縮。首先用哈希替換帳戶數據，然後將帳戶索引遷移到Binary Trie / patricia Trie。新帳戶必須提供證明，證明他們不在“trie”中。
狀態壓縮
大致設計如下：
- 在分配期間，每個帳戶每位元組綁定X個lamports。
- 如果X < 當前經濟底價，則將帳戶保留在記憶體中，該帳戶將被壓縮
- 壓縮是一個多步驟的過程，運行在一個epoch上
- 帳戶資料被替換為哈希值（data）
- 帳戶金鑰仍處於狀態之中
- 引用壓縮帳戶的交易失敗
- 解壓縮需要上傳類似載入程式的數據
- 解壓縮的成本應該與分配新帳戶的成本相同
估計75%的帳戶在超過6個月的時間裡沒有被訪問，而且很可能永遠不會被訪問。壓縮它們可以節省50%的快照大小。
索引壓縮
這是一個更難解決的問題。僅通過狀態壓縮，驗證器仍然擁有系統中所有可能的有效帳戶。建立新帳戶需要檢查此資料庫。驗證器儲存此資料庫的成本很高，但使用者建立新帳戶的成本很低。要保證新私鑰不會與現有帳戶發生任何衝突。
Binary Trie mining
- Binary Trie作為快照的一部分被跟踪
- 想要獲得額外sol的驗證者可以建立一個交易，從狀態中刪除壓縮的帳戶kv對，並將它們加入Binary Trie中
- 使用者可以在解壓縮過程中將kv從Trie中移除，從而在不被允許的情況下反向執行此操作（這可能需要在解壓縮時進行原子操作，以便在後台服務壓縮帳戶時更容易）。
- 對於驗證器，無論它包含多少kv對，Trie根的大小都是恆定的
- 使用zkp，每個tx可以壓縮約30個帳戶
- 假設每個區塊只有一個，那麼壓縮5億個帳戶需要大約80天的時間
這個過程的關鍵之處在於，執行此操作的驗證者將獲得獎勵，但並非所有驗證者都必須執行此操作。如果所有驗證器都必須執行此操作，那麼所有驗證器都必須維護目前Binary Trie中的內容，這意味著整個狀態必須是快照的一部分。想要維護整個狀態的驗證器應該提交一個交易，將索引中的N個帳戶壓縮到Trie中。
新帳戶證明
要建立一個新帳戶，使用者必須證明該帳戶在Trie中不存在。維護整個狀態的驗證器可以產生帳戶不在Trie中的證明。這給用戶帶來了負擔，他們必須始終與大型狀態提供者連接以產生這些證明。
或者，用戶可以證明他們的帳戶是用最近的PoH哈希創建的。支持這一點的最簡單的方法是：
- 產生新的PKI
- 帳號位址是哈希（最近的PoH哈希，PKI::public_key）
鑑於Trie中的帳戶必須先進行狀態壓縮，這需要一個完整的epoch。 Trie中的任何帳戶都不可能使用最近的PoH雜湊來產生位址。
其他可以支援的方法是PKI創建本身可以提供一個證明，證明私鑰是用哈希（用戶隱藏的秘密，最近的PoH雜湊）創建的。
LSR
Lightweight Simple Rent，又稱Less Stupid Rent。如何為分配新帳戶的成本定價，以及如何確保舊的廢棄帳戶最終得到壓縮，並減少系統的整體負載和新用戶的價格？
需要恢復租金（Rent）制度。 Rent是指目前狀態下的帳戶應該支付X美元/位元組/天的費用，就像AWS上的帳戶支付儲存費用一樣。
Rent Rate bonding curve
RentRate = K*(state_size)^N
無論當前狀態大小如何，如果很小，費率應該很低，如果接近快照限制，費率應該非常高。
Allocation Minimum Bonding Price
帳戶必須至少存在一個epoch。分配需要將帳戶帶入Hot狀態。熱帳戶應該在快取期間存在。
New Account bond = Epoch Slots * RentRate * Account::size
新帳戶的餘額中必須至少有這麼多的lamports才能創建。
Hot Account Burn
lruturnverrate = 每個帳戶在LRU快取中平均佔用的時間，最大值為1 epoch。這個值可以是一個常數，也可以在鏈下計算，並作為中位數權益加權常數報告給SVM。
壓縮
當（current slot - account::creation_slot) * RentRate * account::size > account::lamports時，壓縮帳戶並燒毀所有lamports。
上述解決方案，應該會讓State很便宜，因為隨著時間的推移，未使用的帳戶最終會達到lamports 0，並將被壓縮。所以資料開銷會減少，甚至索引開銷也會減少，這將減少目前狀態的大小。減少狀態的大小將降低超二次分配的成本。
