Как работает базовый газ

В транзакциях Aptos по умолчанию взимается базовая плата за газ, независимо от рыночных условий. Для каждой транзакции эта сумма "базового газа" основывается на трех условиях:

1. Инструкции.

2. Хранение.

3. Полезная нагрузка.

Чем больше вызовов функций, условных операторов ветвления и т.д. требуется для выполнения транзакции, тем больше газа на инструкции. Аналогично, чем больше чтений из глобального хранилища и записей в него требует транзакция, тем больше газа для хранения она будет стоить. Наконец, чем больше байт в полезной нагрузке транзакции, тем больше она будет стоить.

Как объясняется в разделе "Принципы оптимизации", газ из хранилищ оказывает самое большое влияние на базовый газ.

Инструктивный газ

Основные параметры газа команд определяются в файле instr.rs и включают следующие типы команд:

Без операции

Параметр	Значение
nop	Отсутствие операции

Управляющий поток

Параметр	Значение
ret	Возврат
abort	Прервать
br_true	Выполнение условной истинной ветки
br_false	Выполнение условной ложной ветки
branch	Ветка

Стек

Параметр	Значение
pop	Вытащить из стека
ld_u8	Загрузить u8
ld_u64	Загрузить u64
ld_u128	Загрузить u128
ld_true	Загрузить true
ld_false	Загрузить false
ld_const_base	Базовые затраты на постоянную нагрузку
ld_const_per_byte	Побайтовая стоимость загрузки константы

Локальный масштаб

Параметр	Значение
imm_borrow_loc	Неотъемлемый заем
mut_borrow_loc	Взаимно занимать
imm_borrow_field	Безвозвратно занять поле
mut_borrow_field	Взаимное заимствование поля
imm_borrow_field_generic
mut_borrow_field_generic
copy_loc_base	Базовая стоимость копирования
copy_loc_per_abs_val_unit
move_loc_base	Move
st_loc_base

Вызов​

Параметр	Значение
call_base	Базовая стоимость вызова функции
call_per_arg	Стоимость одного аргумента функции
call_generic_base
call_generic_per_ty_arg	Стоимость за аргумент типа
call_generic_per_arg

Структуры​

Параметр	Значение
pack_base	Базовая стоимость пакета struct
pack_per_field	Стоимость пакета struct, за область
pack_generic_base
pack_generic_per_field
unpack_base	Базовая стоимость распаковки struct
unpack_per_field	Стоимость распаковки struct, за область
unpack_generic_base
unpack_generic_per_field

Рекомендации​

Параметр	Значение
read_ref_base	Базовая стоимость чтения из ссылки
read_ref_per_abs_val_unit
write_ref_base	Базовая стоимость записи в базу данных
freeze_ref	Заморозить ссылку

Кастинг​

Параметр	Значение
cast_u8	Каст на u8
cast_u64	Каст на u64
cast_u128	Каст на u128

Арифметика​

Параметр	Значение
add	Добавить
sub	Вычесть
mul	Умножить
mod_	Модуль
div	Разделить

Побитовая​

Параметр	Значение
bit_or	OR: |
bit_and	AND: &
xor	XOR: ^
shl	Сдвиг влево: <<
shr	Сдвиг вправо: >>

Логика​

Параметр	Значение
or	OR: ||
and	AND: &&
not	NOT: !

Сравнение

Параметр	Значение
lt	Меньше, чем: <
gt	Больше, чем: >
le	Меньше или равно: <=
ge	Больше или равно:>=
eq_base	Базовая стоимость равенства: ==
eq_per_abs_val_unit
neq_base	Базовая стоимость не равна: !=
neq_per_abs_val_unit

Глобальное хранилище

Параметр	Значение
imm_borrow_global_base	Базовая стоимость неизменного займа:borrow_global<T>()
imm_borrow_global_generic_base
mut_borrow_global_base	Базовая стоимость взаимного заимствования: borrow_global_mut<T>()
mut_borrow_global_generic_base
exists_base	Базовая стоимость проверки существования: exists<T>()
exists_generic_base
move_from_base	Базовая стоимость для move: move_from<T>()
move_from_generic_base
move_to_base	Базовая стоимость move: move_to<T>()
move_to_generic_base

Векторы​

Параметр	Значение
vec_len_base	Длина вектора
vec_imm_borrow_base	Неизменно заимствовать элемент
vec_mut_borrow_base	Взаимное заимствование элемента
vec_push_back_base	Отталкивание
vec_pop_back_base	Сзади
vec_swap_base	Поменяйте элементы местами
vec_pack_base	Базовая стоимость упаковки вектора
vec_pack_per_elem	Стоимость пакета вектора на один элемент
vec_unpack_base	Базовая стоимость распаковки вектора
vec_unpack_per_expected_elem	Базовая стоимость распаковки вектора на элемент

Дополнительные параметры газа для хранилища определены в table.rs, move_stdlib.rs и других различных исходных файлах в aptos-gas/src/.

Газ для хранилища

Определение газа для хранилищ содержится в файле storage_gas.move, который сопровождается полным и внутренне связанным файлом DocGen storage_gas.md.

Вкратце:

1. В initialize(), base_8192_exponential_curve() используется для создания экспоненциальной кривой, при которой затраты на единицу и байт быстро увеличиваются по мере приближения использования к верхней границе.

2. Параметры перенастраиваются каждую эпоху через функцию on_reconfig(), основываясь на коэффициентах использования по элементам и байтам.

3. Измененные параметры сохраняются в StorageGas, который содержит следующие поля:

Поле	Значение
per_item_read	Стоимость чтения элемента из глобального хранилища
per_item_create	Стоимость создания элемента в глобальном хранилище
per_item_write	Стоимость перезаписи элемента в глобальном хранилище
per_byte_read	Стоимость чтения байта из глобального хранилища
per_byte_create	Стоимость создания байта в глобальном хранилище
per_byte_write	Стоимость перезаписи байта в глобальном хранилище

Здесь элемент - это либо ресурс, имеющий атрибут key , либо запись в таблице, и, что примечательно, стоимость за байт оценивается по всему размеру элемента. Как указано в файле storage_gas.md, например, если операция изменяет поле u8 в ресурсе, который имеет пять других полей u128, стоимость записи за байт будет составлять (5 * 128) / 8 + 1 = 81(5∗128)/8+1=81 байт.

Векторы

Аналогичным образом байтовые сборы начисляются на векторы, которые потребляют $∑ i=0 n−1 ​ e i ​ +b(n)$ байт, где:

• $n$ - количество элементов в векторе

• $e i$ - размер элемента $i$

• $b(n)$ это "базовый размер", который является функцией от $n$​

Более подробную информацию о размере базы вектора (технически ULEB128) см. в спецификации последовательности BCS, которая на практике обычно занимает всего один байт, так что вектор из 100 элементов u8 занимает 100 + 1 = 101100+1=101 байт. Следовательно, согласно описанной выше методологии поэлементного чтения, чтение последнего элемента такого вектора рассматривается как чтение 101 байта.

Газ полезной нагрузки

Газ полезной нагрузки определяется в transaction.rs, который включает газ для хранилищ с несколькими параметрами, связанными с полезной нагрузкой и ценообразованием:

Параметр	Значение
min_transaction_gas_units	Минимальное количество единиц внутреннего газа для транзакции, взимаемое в начале исполнения
large_transaction_cutoff	Размер, в байтах, при превышении которого за транзакции будет взиматься дополнительная сумма за байт
intrinsic_gas_per_byte	Внутренние блоки газа, взимаемые за байт для полезной нагрузки свышеlarge_transaction_cutoff
maximum_number_of_gas_units	Верхний предел внешних единиц газа для транзакции
min_price_per_gas_unit	Минимальная цена газа, допустимая для транзакции
max_price_per_gas_unit	Максимальная цена газа, допустимая для транзакции
max_transaction_size_in_bytes	Максимальный размер полезной нагрузки транзакции в байтах
gas_unit_scaling_factor	Коэффициент пересчета между единицами внутреннего газа и единицами внешнего газа

Здесь "единицы внутреннего газа" определяются как константы в исходных файлах, таких как instr.rs и storage_gas.move, которые являются более детализированными, чем "единицы внешнего газа", на коэффициент gas_unit_scaling_factor: чтобы преобразовать единицы внутреннего газа в единицы внешнего газа, разделите на gas_unit_scaling_factor. Затем, чтобы перевести единицы внешнего газа в октаты, умножьте на "цену газа", которая обозначает количество октат за единицу внешнего газа.

Основы оптимизации

Единицы измерения и ценовые константы

На момент написания этой статьи min_price_per_gas_unit в transaction.rs определяется как aptos_global_constants::GAS_UNIT_PRICE (которая сама определяется как 100), а другие заслуживающие внимания константы transaction.rs следующие:

Постоянная	Значение
min_price_per_gas_unit	100
max_price_per_gas_unit	10,000
gas_unit_scaling_factor	10,000

Значение этих констант см. в разделе Газ полезной нагрузки.

Газ для хранилища

На момент написания этой статьи функция initialize()устанавливает следующие минимальные объемы газа для хранилища:

Стиль данных	Операция	Символ	Минимальное количество внутреннего газа
За единицу	Читать	$r_iri​$	300,000
За единицу	Создавать	$c_ici​$	5,000,000
За единицу	Писать	$w_iwi​$	300,000
За байт	Читать	$r_brb​$	300
За байт	Создавать	$c_bcb​$	5,000
За байт	Писать	$w_bwb​$	5,000

Максимальные суммы в 100 раз больше минимальных, что означает, что при коэффициенте использования 40% или меньше, общие затраты на газ будут примерно в 1-1,5 раза больше минимальных сумм (смотрите base_8192_exponential_curve()для вспомогательных расчетов). Следовательно, в пересчете на окты, начальные затраты на газ в сети можно оценить следующим образом (разделить внутренний газ на масштабный коэффициент, затем умножить на минимальную цену газа):

Операция	Операция	Минимальные октавы
Считывание по каждому пункту	$r_iri​$	3000
Создание по каждому пункту	$c_ici​$	50,000
Запись по каждому пункту	$w_iwi​$	3000
Побайтовое считывание	$r_brb​$	3
Побайтовое создание	$c_bcb​$	50
Побайтовая запись	$w_bwb​$	50

Здесь самой дорогой операцией на элемент является создание нового элемента (через move_to() или добавление в таблицу), что стоит почти в 17 раз больше, чем чтение или перезапись старого элемента: $c i ​ =16. 6 r i ​ =16. 6 w i$​. Дополнительно:

• Запись стоит столько же, сколько и чтение, в расчете на каждый элемент:​$w_i =r i ​$​

• Однако в расчете на байт запись стоит столько же, сколько и создание: $w b ​ =c b$​

• Запись и создание каждого байта обходятся почти в 17 раз дороже, чем чтение каждого байта: $w b ​ =c b ​ =16. 6 r b$​

• Поэлементное чтение стоит в 1000 раз больше, чем побайтовое: ​$r i ​ =1000r b$​

• Создание каждого элемента стоит в 1000 раз больше, чем создание каждого байта: $c i ​ =1000c b$​

• Запись по элементам стоит в 60 раз дороже, чем запись по байтам: $w i ​ =60w b$​

Таким образом, операции на элемент стоят в 1000 раз больше, чем операции на байт, как для чтения, так и для создания, но только в 60 раз больше для записи.

Таким образом, в отсутствие законного экономического стимула к деаллокации из глобального хранилища (через move_from() или путем удаления из таблицы), наиболее эффективная стратегия оптимизации газа в хранилище выглядит следующим образом:

1. Сведите к минимуму создание каждого элемента

2. Отслеживайте неиспользуемые элементы и по возможности перезаписывайте их, а не создавайте новые.

3. Ограничьте запись каждого элемента как можно меньшим количеством элементов

4. Считывайте, а не записывайте, когда это возможно

5. Сведите к минимуму количество байтов во всех операциях, особенно при записи.

Инструкции газа

На момент написания этой статьи все операции с газом умножаются на коэффициент EXECUTION_GAS_MULTIPLIER, определенный в файле gas_meter.rs,, который установлен на 20. Следовательно, следующие репрезентативные операции предполагают следующие затраты на газ (разделите внутренний газ на масштабный коэффициент, затем умножьте на минимальную цену газа):

Операция	Минимальные октавы
Блок добавления/заимствования/удаления таблицы	240
Вызов функции	200
Постоянная нагрузка	130
Глобальные займы	100
Запрос на чтение/запись	40
Загрузка u128 в стек	16
Работа блока таблицы на один байт	2

(Обратите внимание, что газ на байты в блоке таблицы не учитывает газ для хранения, который оценивается отдельно).

Для сравнения, чтение 100-байтового элемента стоит $r i ​ +100∗r b ​ =3000+100∗3=3300$ окта в минимум, что примерно в 16,5 раз больше, чем вызов функции, и в целом затраты на газ инструкций в значительной степени доминируют над затратами на газ хранилища.

Примечательно, однако, что технически все еще существует стимул для уменьшения количества вызовов функций в программе, но усилия инженеров более эффективно направлены на написание модульного, разложенного кода, направленного на снижение затрат на газ для хранения данных, а не на попытки написать повторяющиеся блоки кода с меньшим количеством вложенных функций (почти во всех случаях).

В экстремальных случаях возможно, что газ инструкций значительно превосходит газ хранилища, например, если математической функции, состоящей из циклов, требуется 10 000 итераций для сходимости; но это опять же крайний случай, и для большинства приложений газ хранилища оказывает большее влияние на базовый газ, чем газ инструкций.

Газ полезной нагрузки

На момент написания этой статьи transaction.rs определяет минимальное количество внутреннего газа на транзакцию в 1 500 000 внутренних единиц (минимум 15 000 окта), которое увеличивается на 2 000 внутренних единиц газа (минимум 20 окта) на байт для полезной нагрузки размером более 600 байт, а максимальное количество байт в транзакции установлено на уровне 65536. Таким образом, на практике газ полезной нагрузки вряд ли будет представлять проблему.