Khám phá tối ưu hóa EVM song song: Con đường quan trọng để nâng cao hiệu suất xử lý giao dịch

EVM là động cơ thực thi cốt lõi của Ethereum, hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng thông qua của toàn bộ mạng. Với sự gia tăng của nhóm người dùng và sự phong phú của các trường hợp ứng dụng, những hạn chế của mô hình thực thi tuần tự truyền thống ngày càng rõ nét. Đặc biệt trong các giải pháp Layer 2, nút thắt hiệu suất của EVM càng trở nên rõ ràng hơn. Do đó, khám phá các giải pháp thực thi song song trở thành hướng quan trọng để nâng cao hiệu suất của EVM.

Các thành phần cốt lõi của EVM và quy trình thực thi tuần tự

EVM và stateDB là hai thành phần cốt lõi trong việc thực hiện giao dịch Ethereum. EVM chịu trách nhiệm giải thích và thực hiện các lệnh hợp đồng thông minh, trong khi stateDB quản lý lưu trữ trạng thái toàn cầu. Trong chế độ thực hiện tuần tự truyền thống, các giao dịch được xử lý lần lượt, mỗi giao dịch sử dụng một phiên bản EVM độc lập, nhưng chia sẻ cùng một stateDB.

Cụ thể, quy trình thực hiện như sau:

1. Gọi hàm processBlock() để xử lý giao dịch trong khối thông qua hàm Process().
2. Process() hàm thực hiện từng giao dịch qua vòng lặp for.
3. Sau khi tất cả các giao dịch được xử lý xong, gọi statedb.Commit() để nộp thay đổi trạng thái.

Vấn đề chính của chế độ nối tiếp này là: các giao dịch phức tạp sẽ làm tắc nghẽn các giao dịch tiếp theo, không thể tận dụng tối đa tài nguyên phần cứng, nghiêm trọng hạn chế hiệu suất xử lý.

Tư duy tối ưu hóa EVM song song

Để giải quyết nút thắt hiệu suất của việc thực thi tuần tự, ngành công nghiệp đã đưa ra giải pháp tối ưu hóa thực thi song song. Ý tưởng cốt lõi là: sử dụng đa luồng để xử lý nhiều giao dịch cùng lúc, tăng cường đáng kể thông lượng. Tuy nhiên, thách thức chính của việc thực thi song song là làm thế nào để xử lý vấn đề xung đột trạng thái.

Một đội ngũ trong ngành đã đưa ra một giải pháp tối ưu hóa EVM song song, với những đặc điểm chính bao gồm:

1. Thực hiện giao dịch song song đa luồng
2. Cấp phát cơ sở dữ liệu trạng thái tạm thời cho mỗi luồng (pending-stateDB)
3. Sau khi thực hiện giao dịch hoàn tất, trạng thái sẽ được đồng bộ hóa và thay đổi trong stateDB toàn cầu.

Giải pháp này đã tối ưu hóa các thao tác đọc và ghi:

• Hoạt động đọc: ưu tiên đọc từ pending-stateDB, nếu không có thì đọc từ global stateDB
• Hoạt động ghi: trước tiên ghi vào WriteSet trong pending-stateDB, sau đó sẽ hợp nhất vào global stateDB.

Để giải quyết xung đột trạng thái, kế hoạch đã đưa ra cơ chế phát hiện xung đột:

• Theo dõi ReadSet và WriteSet của các giao dịch khác nhau
• Đánh dấu các giao dịch liên quan để thực hiện lại khi phát hiện xung đột
• Sau khi tất cả các giao dịch được thực hiện xong, hợp nhất pending-stateDB vào stateDB toàn cầu

Nâng cao hiệu suất tối ưu hóa song song

Tối ưu hóa đa luồng song song đã nâng cao đáng kể hiệu suất EVM, đặc biệt trong việc xử lý các giao dịch hợp đồng thông minh phức tạp. Theo dữ liệu nghiên cứu:

• Dưới tải công việc có xung đột thấp, TPS tăng 3-5 lần
• Dưới tải công việc cao xung đột, lý thuyết có thể tăng lên 60 lần.

Giải pháp phân tán này đã đặt nền tảng cho việc cải thiện hiệu suất trong tương lai của Ethereum và các giải pháp Layer 2. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, chẳng hạn như tối ưu hóa hiệu suất lưu trữ, tăng tốc GPU, hiệu suất của EVM có thể được cải thiện hơn nữa.