並列EVM最適化の探索:トランザクション処理効率向上の鍵

EVMはEthereumのコア実行エンジンとして、その性能はネットワーク全体のスループットに直接影響を与えます。ユーザー層の拡大とアプリケーションシーンの多様化に伴い、従来の直列実行モデルの限界がますます顕著になっています。特にLayer 2ソリューションにおいて、EVMの性能ボトルネックはより明らかです。したがって、EVMの効率を向上させるために並列実行の方案を探求することが重要な方向性となっています。

EVMのコアコンポーネントと直列実行プロセス

EVMとstateDBは、イーサリアムの取引実行の2つの主要なコアコンポーネントです。EVMはスマートコントラクトの命令を解釈し実行する役割を担い、stateDBはグローバルな状態ストレージを管理します。従来の直列実行モデルでは、取引は1つずつ処理され、各取引は独立したEVMインスタンスを使用しますが、同じstateDBを共有します。

具体的な実行プロセスは以下の通りです:

1. processBlock()関数呼び出し Process() 関数はブロック内トランザクションを処理します
2. Process()関数はforループを通じて1つずつ取引を実行します
3. すべての取引が完了した後、statedb.Commit()を呼び出して状態の変更を提出します。

このシリアルモードの主な問題は、複雑な取引が後続の取引をブロックし、ハードウェアリソースを十分に活用できず、処理効率が大幅に制限されることです。

! 並列EVMの最適化パスを説明するために、例としてReddioを取り上げます

パラレルEVMの最適化の考え方

シリアル実行の効率的なボトルネックを解決するために、業界では並列実行の最適化ソリューションが提案されました。その核心的な考え方は、マルチスレッドを利用して同時に複数のトランザクションを処理し、スループットを大幅に向上させることです。しかし、並列実行が直面する主な課題は、状態の競合問題をどのように処理するかです。

ある業界チームが提案した並行EVM最適化ソリューションの主な特徴は次のとおりです:

1. マルチスレッド並列実行取引
2. 各スレッドに一時状態データベース(pending-stateDB)を割り当てる
3. トランザクションの実行後、同期ステータスはグローバル stateDB に変更されます

このソリューションは、読み書き操作を最適化しました:

• 読み取り操作: まずpending-stateDBから読み取り、存在しない場合はグローバルstateDBから読み取ります
• 書き込み操作: WriteSet は pending-stateDB に記録され、グローバル stateDB にマージされます

状態の競合を解決するために、提案は競合検出メカニズムを導入しました:

• ReadSets と WriteSets の異なるトランザクションを監視
• 関連する取引を再実行するために、衝突を発見した場合はマークします
• すべての取引が完了した後、pending-stateDBをグローバルstateDBにマージします

! 並列EVMの最適化パスを説明するために、例としてReddioを取り上げます

! 並列EVMの最適化パスを示す例としてReddioを取り上げます

! 並列EVMの最適化パスを示す例としてReddioを取り上げます

! 並列EVMの最適化パスを示す例としてReddioを取り上げます

! 並列EVMの最適化パスを説明するためにReddioを例にとります

! 並列EVMの最適化パスを示す例としてReddioを取り上げます

! Reddioを例にとり、並列EVMの最適化パスを示します

! 並列EVMの最適化パスを示す例としてReddioを取り上げます

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パラレル最適化のパフォーマンス向上

マルチスレッド並列最適化は、特に複雑なスマートコントラクト取引を処理する際にEVMの性能を大幅に向上させました。研究データによると:

• 低衝突のワークロードで、TPSは3-5倍向上します
• 高い競合の作業負荷の下で、理論的には最大60倍の向上が可能です。

この並列化スキームは、EthereumおよびLayer 2ソリューションの将来の性能向上の基盤を築いています。技術がさらに進展するにつれて、ストレージ効率の最適化やGPUアクセラレーションなどにより、EVMの性能はさらに向上することが期待されています。

! Reddioを例にとり、並列EVMの最適化パスを示します