第3章
守护进程的初始化与运行
3.1 概述
节点初始化是节点首次使用时，根据用户传入的参数进行设置，并根据参数进行网络、数据库、本地区块链以及P2P分布式网络等模块的初始化，使得节点能够正常运行。节点初始化由bytomd守护进程执行，在初次运行时一次性完成。
本章主要内容：
- bytomd守护进程初始化流程。
- 守护进程初始化的具体实现，包括网络、数据库、本地区块链初始化等。
- 守护进程启动流程和停止流程。
3.2 bytomd守护进程初始化流程及命令参数
守护进程是一种特殊进程，启动后一直在后台运行，只有当触发特定的信号时，才会执行退出操作。比原链的守护进程是bytomd，初始化流程如图3-1所示。
在编写命令行程序时，通常需要对命令参数进行解析。不同语言一般都会提供解析命令行参数的方法或库，以方便程序员使用。在GO语言标准库中提供了flag包，方便进行命令行解析。
bytomd进程支持的传参如下：
3.3 bytomd守护进程的初始化实现
bytomd守护进程的Cobra流程与bytomcli过程非常相似，所以在此略去，后续主要对bytomd守护进程重要内容进行深入分析。在这里我们看一下bytomd预处理过程中使用到的代码文件结构，命令如下：
bytomd守护进程启动时，会根据不同的命令行flag参数，初始化不同的模块，最终以守护进程的方式运行。有关bytomd守护进程所有的运行工作都在node.NewNode(config)的具体实现中。下面介绍具体的实现过程。
3.3.1 Node对象
Node对象说明如下。
- cmn.BaseService：服务管理。
- config：当前节点的全局配置。
- syncManager：区块和交易同步管理。
- wallet：本地钱包管理。
- accessTokens：token管理，用户访问凭证。
- api：API Server接口服务。
- chain：本地区块链管理对象。
- txfeed：当前版本中该功能未使用。
- cpuMiner：CPU挖矿管理对象。
- miningPool：矿池管理对象。
- miningEnable：是否启用挖矿模式。
node.NewNode(config)整个过程是为了创建Node对象，Node对象是整个bytomd所有模块运行的基础。
cmn.BaseService是tendermint框架的一个服务管理模块，在这里我们可以把Node作为一个服务，对该服务进行OnStart/OnStop/IsRunning等操作管理。tendermint框架可以保证这些操作不会被重复执行多次。
3.3.2 配置初始化
在执行node.NewNode(config)之前，config的默认配置就已经定义好了。在深入node.NewNode(config)分析之前，我们需要先了解默认配置都有哪些。
首先，bytomd守护进程声明一个config全局变量，表示整个bytomd守护进程的配置信息。进程启动时config对象被赋予一个默认的配置参数。
默认的配置参数分有6个，每个针对不同的模块。下面对配置进行说明。我们将默认参数归纳为三块：Base基础配置、P2P网络配置、其他配置。
1. Base基础配置
BaseConfig用于配置bytomd节点所需的基础参数，包括数据目录、日志、监听地址等相关参数。
部分参数从配置文件中获取默认值，比如ApiAddress参数，它的tag是api_addr。我们可以从config/toml.go中获取默认值：
2. P2P网络配置
P2PConfig用于配置bytomd P2P通信协议中使用的参数，包括本机监听端口、通信节点超时、地址簿等相关参数。
注意，在比特币中，节点会采用DNS的方式来询问种子节点，进而查询到其他节点的IP地址。而在比原链中，种子节点是IP地址，一般会硬编码到代码里。技术细节我们会在后面的第10章详细讲解。
3. 其他配置
WalletConfig用于配置bytomd本地钱包使用的参数，包括是否启用本地钱包和更新等相关参数。
在bytomd守护进程声明config = DefaultConfig()之后，init()函数实现了config对象中各属性的赋值。具体实现代码如下：
在init()函数中定义了很多不同类型的flag参数，并将flag的参数值绑定到config对象上，比如：
这条语句的含义为：
- 定义一个Bool类型的flag参数。
- 该flag的名称为mining。
- 该flag的赋值对象为config.Mining。
- 该flag的描述信息为Enable mining。
至此，bytomd守护进程所需要的配置信息初始化完毕，程序运行真正进入初始阶段。下面对此进行深入分析。
3.3.3 创建文件锁
在比原链中，一份数据目录（--root参数指定）只能同时由一个bytomd守护进程读写，因为LevelDB高性能键值数据库是单进程模式，如果多个进程同时读写一份数据，会造成数据不一致的情况。因此，需要使用文件锁可以保证同一时间一个进程读写一份数据目录，代码如下：
bytomd启动时，lockDataDirectory函数使用flock在RootDir目录下创建一个LOCK文件。如果bytomd进程在一个文件的inode上加了锁，那么再次启动bytomd进程则会对errors.New中的内容报错并退出进程。flock的作用是检测进程是否已经存在。
flock主要有3种操作类型。
- LOCK_SH：共享锁，多个进程使用同一把锁用于读锁。
- LOCK_EX：排他锁，同时只允许一个进程使用，一般用于写锁。
- LOCK_UN：释放锁。
如果深入研究flock包的函数，我们可以看到，这里使用了LOCK_EX锁，即同时只允许一个进程使用，代码示例如下：
3.3.4 初始化网络类型
比原链的三种网络模式，分别是mainnet主网、testnet测试网和solonet单机模式。
其中initActiveNetParams函数根据用户传入的chain_id，初始化网络类型。consensus.ActiveNetParams对象保存了当前使用的网络模式。在比原链代码中会经常引用consensus.ActiveNetParams对象，用来识别当前节点连接的网络类型。
ActiveNetParams默认使用主网。MainNetParams中的参数说明如下。
- Bech32HRPSegwit：隔离见证，是一种协议升级，我们会在后面第5章讲解。
- Checkpoints：检查点，指定一个高度，以及与这个高度相匹配的hash值，用于快速同步时验证区块的正确性。通常在主网升级时，会将历史的块信息硬编码在Checkpoints中。
Checkpoints检查点有两种作用：第一是防止分叉，如果有人试图从检查点之前的区块进行分叉，当前节点不会接受这个分叉；也用于保护网络不受全网51%的算力攻击，因为攻击者不可能逆转检查点之前的交易。第二是用于节点间的快速同步，我们将在第10章中详细讲解。
3.3.5 初始化数据库（持久化存储）
创建一条公链，需要将链上的所有数据（包含块信息、交易信息等）存储在本地键值数据库中。在比原链中使用LevelDB来存储链上数据，代码如下：
dbm使用tendermint框架的db管理库。dbm.NewDB返回一个DB对象，DB对象提供了数据库接口和许多方法实现，包括使用内存映射、文件系统目录结构、GO中LevelDB等的实现。
dbm.NewDB返回一个DB对象，需要传入三个参数：db的名称，db使用的键值数据库（默认为LevelDB），db数据存储的路径。leveldb.NewStore函数返回一个Store对象，即比原链对LevelDB进行了封装，在LevelDB的基础上增加了区块缓存（cache）、区块验证、区块状态、区块查询等功能。
3.3.6 初始化交易池
当交易被广播到网络中并且被矿工接收到时，矿工会将接收到的交易加入到本地的TxPool交易池中，TxPool对象的作用是管理本地交易池。交易池相当于一个缓冲区，它并不是无限大。默认情况下比原链中交易池最大可以存储10 000笔交易。如果超出这个阈值，则会返回"transaction pool reach the max number"提示。
protocol.NewTxPool()返回一个TxPool实例对象。此处我们只介绍交易池初始化部分，交易池实现原理的代码将在6.10节中深入剖析。
3.5.7 创建一条本地区块链
当节点第一次启动时，判断本地持久化存储的状态，当状态为初始化时会初始化本地的区块链。区块链的第一个区块（创世区块）会被加入到区块高度为0的地方。代码如下：
protocol.NewChain返回一个Chain对象，NewChain需要接收两个参数：Store区块链的存储对象，TxPool交易池。Chain对象管理着比原链的整个区块链条。代码如下：
NewChain函数的执行可分为下面几个步骤：
1）实例化Chain对象。
2）store.GetStoreStatus获取本地区块链的存储状态，如果状态为nil则说明区块链未被初始化。执行initChainStatus初始化本地区块链，该函数初始化创世区块（第一个区块）并添加到本地链上。
3）store.LoadBlockIndex加载块索引，从数据库中读取所有Block Header信息并缓存在内存中，目的是加速访问区块头信息。
4）c.index.SetMainChain，设置当前节点已同步的最新区块。
5）go c.blockProcesser()，启动一个go rutine，用于更新本地区块链上的区块信息。
3.3.8 初始化本地钱包
默认情况下比原链节点会启用本地钱包功能。代码实例如下：
在比原链的节点启动时，上述代码流程主要逻辑为：
1）创建加密机hsm对象，hsm对象管理keystore文件，该文件是存储私钥的一种格式（JSON）。keystore是一串代码，本质上是加密后的私钥，需配合钱包的密码来使用。
2）创建钱包数据库。
3）创建账户管理对象。
4）创建资产管理对象。
5）实例化Wallet对象。
6）RescanBlocks扫描本地所有区块，触发钱包更新操作。
3.3.9 初始化网络同步管理
P2P通信模块主要由SyncManager管理，SyncManager负责节点业务层信息的同步工作，即区块和交易信息的同步。代码如下：
主要参数说明如下：
- newBlockCh：通道用于新挖掘出的区块进行快速广播给其他节点。通道大小为1024。
- netsync.NewSyncManager：实例化syncManager同步管理对象，它管理节点与节点之间的区块、交易信息同步。
- newPoolTxListenner：启动一个goroutine，监听交易池中的交易，将交易发送给syncManager同步管理对象或本地钱包。
详细实现机制将在第10章进行讲解。
3.3.10 初始化Pprof性能分析工具
Pprof是GO语言标准库中自带的性能分析工具。用于内存分析、CPU分析、代码追踪等，还可以生成性能分析图表。（详细参考https://golang.org/pkg/net/http/pprof/ ）。在比原链中默认不启用该功能，可以使用--prof_laddr参数启动代码性能分析功能，代码示例如下：
3.3.11 初始化CPU挖矿功能
在比原链节点源码中，只提供了CPU设备的挖矿功能，以目前全网的算力来看，CPU设备挖矿几乎挖不到BTM币了。目前主流的挖矿设备，有比特大陆定制的挖矿芯片或各大矿池使用GPU设备挖矿。挖矿和矿池细节将在第13章中详细解读。代码实例如下：
其中，simd参数用于Tenaority CPU指令的优化。
3.4 bytomd守护进程的启动方式和停止方式
我们在GO语言下实现守护进程的方式一般是，监听标准的SIGTERM信号。在监听到SIGTERM信号后，进程处于阻塞状态，以实现守护进程。只有当进程收到来自外部的SIGTERM信号时，进程则处于非阻塞状态，实现进程退出。Linux信号参考http://man7.org/linux/man-pages/man7/signal.7.html 。代码实例如下：
signal.Notify监听中断和Term信号。启用goroutine取c对象，select进入阻塞状态。当进程接收到Term信号则通知c对象，执行os.Exit退出守护进程。
发送Term信号有两种方式：一种是执行命令kill -15 pid；另一种是进程运行在前台。
当守护进程接收到Term信号后就停止运行，在其退出之前需要做扫尾工作，如退出挖矿模式，退出P2P同步功能等。代码示例如下：
3.5 本章小结
本章从源码的角度分析了bytomd启动过程中的Node对象创建和初始化，以及总结bytomd实现的逻辑。
