fabric源码解析27——Channel

概述

Channel在fabric中是一个相当重要的概念，可译作频道。对于channel的理解，不妨想象一下电视节目的频道和“我和你不在一个频道”这句话。Channel本身存在于orderer结点内部，但需要通过peer结点使用peer channel ...命令进行维护。一个peer结点要想与另一个peer结点发生交易，最基本的前提就是两个结点必须同时处在同一个Channel中，block账本与channel也是一对一的关系，即一个channel一个账本。Channel的基本动作如下：

表27-1（本文只讲解create，join，update三个动作）

动作	释义
create	在orderer结点内部创建一个channel。如，`peer channel create -o orderer.example.com:7050 -c mychannel -f ./channel.tx`
join	加入一个channel。如，`peer channel join -b mychannel.block`
update	升级channel的某一组织的配置。如，`peer channel update -o orderer.example.com:7050 -c mychannel -f ./Org1MSPanchors.tx`
list	列出当前系统中已经存在的所有的由peer结点创建的channel。
fetch	获取channel中的newest，oldest块数据或当前最新的配置数据。如，`peer channel fetch config config_block.pb -o orderer.example.com:7050 -c mychannel`

chaincode分为SCC和ACC，这里Channel也分为system channel和application channel。system channel是随着orderer结点运行之时根据genesis.block创建的，而通过peer channel ...维护的channel，均为application channel。对application channel发起维护命令的peer结点必须是所提交的配置文件（channel.tx，mychannel.block，Org1MSPanchors.tx）中所配置的组织中的一员，如peer0执行create，则peer0必须是channel.tx中所配置的组织中的一员，而channel.tx对应生成的block块数据，就相当于application channel中的genesis.block。这里所说的属于组织的一员，其实质是指该peer结点要持有该组织所颁发的证书。

配置文件

在表27-1的释义中，create/join/update三个动作都使用到了配置文件（数据）：

channel.tx - application channel的创建配置文件，供peer channel create使用，由configtxgen工具根据指定的profile从configtx.yaml中读取配置数据。这里的profile指的是configtx.yaml中Profiles项下定义的某一个配置项。该文件主要规定了application channel中包含哪些组织，最终会被用作channel的配置原型，通过填补，作为channel账本的genesis块。例子：configtxgen -profile TwoOrgsChannel -outputCreateChannelTx ./channel.tx -channelID mychannel，指定了要生成的application channel的ID为mychannel，并从configtx.yaml的Profiles中选取TwoOrgsChannel项作为channel的具体配置，并把生成配置数据导入到./channel.tx文件中。channel.tx中存储的是二进制格式的Envelope，这点可以参看common/configtx/tool/configtxgen/main.go中的doOutputChannelCreateTx。
mychannel.block - application channel的genesis.block，供join使用，由peer channel create动作生成。上文中说channel.tx只是配置原型，在create的过程中，会根据system channel中的配置，对channel.tx中的数据进行详细的填补，如填补orderer的配置（毕竟application channel是存在于orderer结点中的，不能对orderer的“规矩”一无所知），填补application channel所包含的组织的详细配置。填补了这些东西，最终生成一个block，作为application channel的genesis块被保存入账本。要想join一个application channel，就需要先获取这个channel的genesis块。
Org1MSPanchors.tx - application channel的某组织升级配置文件，供peer channel update使用，由configtxgen工具根据指定的组织ID从configtx.yaml中指定的profile项中生成。channel的配置中，基本项目之一就是频道所包含的组织了，而update命令就是升级channel配置中的某个组织的配置。例子：configtxgen -profile TwoOrgsChannel -outputAnchorPeersUpdate ./Org1MSPanchors.tx -channelID mychannel -asOrg Org1MSP，指定从configtx.yaml的Profiles下的TwoOrgsChannel项中获取组织ID为Org1MSP的组织的配置数据，用于升级频道ID为mychannel的application channel，并把获取生成的配置数据导入到./Org1MSPanchors.tx文件中。同样，Org1MSPanchors.tx存储的是二进制的Envelope，可参看common/configtx/tool/configtxgen/main.go中的doOutputAnchorPeersUpdate。

命令

create/update

create和update的操作从字面上讲一个是创建，一个是升级，在fabric都被处理成升级操作，create作为从无到有的升级操作，update作为从旧到新的升级操作。在peer/channel/create.go和update.go中：

如果把create的执行过程分为三步，那么update只是create的第一步而已。在create.go的createCmd -> create -> executeCreate(cf)中，过程可以简单的分为：（1）sendCreateChainTransaction(cf)，向orderer发送创建application channel的配置数据。（2）getGenesisBlock(cf)，多次尝试从orderer获取生成的application channel的genesis块，即此时application channel已经建立，上一步发送的配置数据经过填补已经作为第一块block被保存到频道的账本中。（3）ioutil.WriteFile(file, b, 0644)，将获取的genesis块写入的文件中，供peer channel join命令使用。在update.go的update(...)中，完成的任务与executeCreate中的sendCreateChainTransaction(cf)一致，只不过发送的配置数据是用于更新application channel中的某个组织的配置数据。以下将主要以create的执行过程为例，辅以update的不同之处进行讲述。
开始第一步。在sendCreateChainTransaction中，（1）根据命令行指定的channelTxFile，也即channel.tx文件路径，chCrtEnv, err = createChannelFromConfigTx(channelTxFile)读取配置数据到chCrtEnv中。（2）sanityCheckAndSignConfigTx(chCrtEnv)，对看函数名，理性的检查并对chCrtEnv进行签名，sanity-头脑清晰，心智健全的意思，所以这里的意思就是只要你没疯，就在将配置数据发往orderer之前检查一下。但同时又说明，这样的检查不是非要不可，因为channel.tx本身是configtxgen工具生成的，只要工具规规矩矩不搞鬼，那这里不检查也可以。后边的步骤中还会有多次这样的sanity类型的检查。签名的话就是正常的签名，哪个peer结点发起的peer channel create，在chCrtEnv中留下签名即可。（3）broadcastClient.Send(chCrtEnv)，向orderer结点发送chCrtEnv。
在orderer/server.go的Broadcast(...)中的s.bh.Handle(srv) -> orderer/common/broadcast/broadcast.go的Handle(...)中的msg, err := srv.Recv()，orderer接收到第2点中peer发来的原始的“配置信”msg，接着开始从msg中抽取数据。因为是“配置信”，因此会进入if chdr.Type == int32(cb.HeaderType_CONFIG_UPDATE)分支，在此分支中，msg, err = bh.sm.Process(msg)对原始的“配置信”msg进行了重新整理：过滤重复的配置，若是peer channel create的话，过滤后的配置还会被装进一个以system channel的ID为外衣的“配置信”中，形成新的“配置信”msg。
bh.sm.Process(msg)最终调用的是orderer/configupdate/configupdate.go的Process(...)，在此函数中，support, ok := p.manager.GetChain(channelID)即获取了所需要的资源，也验证了“配置信”所对应的频道是否存在，若存在，则说明此“配置信”是用于update已有频道的配置的，则进入if ok分支执行p.existingChannelConfig(...)，否则，则说明此“配置信”是用于create新的频道的，则跳过if ok分支去执行p.newChannelConfig(...)。这里p.existingChannelConfig(...)依然算是雷同于p.newChannelConfig(...)中的一部分。
在p.newChannelConfig(...)中，（1） ctxm, err := p.manager.NewChannelConfig(envConfigUpdate)这一步比较有意思，在orderer/multichain/manager.go的NewChannelConfig，相当于费了九牛二虎之力验证原配置数据，并填补了一些system channel的配置，又到common下的config和configtx遛了一大圈生成了一个内含application channel新的配置的configManager（这个过程相当复杂费劲），但是这个configManager仅仅停留在当前函数中且并没有返回供调用者继续使用，而且envConfigUpdate虽然是以指针的形式传进去的，但是在NewChannelConfig并没有改变envConfigUpdate中的值。而下文newChannelConfigEnv, err := ctxm.ProposeConfigUpdate(envConfigUpdate)又直接使用原envConfigUpdate来生成application channel的频道“配置信”。如此种种会感觉NewChannelConfig做了很多无用功，但这里就属于上文提及的类似于sanity类型的验证，因为后续步骤在真正创建application channel时也会经历NewChannelConfig和创建频道所使用的configManager，所以这里相当于事前先创建一下，若有问题趁早发现趁早返回。（2） newChannelConfigEnv, err := ctxm.ProposeConfigUpdate(envConfigUpdate)，根据原有的配置数据，利用configManager的ProposeConfigUpdate功能，通过对比“配置信”中读集和写集，将已有且版本相同的配置项过滤掉，生成要创建的application channel的频道配置数据newChannelConfigEnv。这里的读集和写集可以对看生成channel.tx的函数doOutputChannelCreateTx。peer channel update所调用的existingChannelConfig(...)中执行的是support.ProposeConfigUpdate(...)与这里的ctxm.ProposeConfigUpdate(...)实际是一样的，都是configManager的ProposeConfigUpdate，只不过existingChannelConfig(...)中使用的是已存在的application channel的configManager（包含在chainSupport->ledgerResources中）的ProposeConfigUpdate。这个已存在的configManager正好也证明了（1）所述的后文在创建频道时还会创建频道所使用的configManager。（3） newChannelEnvConfig, err := utils.CreateSignedEnvelope(...)，对新生成的频道的“配置信”进行签名，类型为HeaderType_CONFIG。peer channel update所调用的existingChannelConfig(...)同样执行了这一步，且就此返回该“配置信”。（4） p.proposeNewChannelToSystemChannel(...)，将签名过的“配置信”装到一个以system channel为频道ID的“配置信”，且类型变为HeaderType_ORDERER_TRANSACTION，然后返回新的“配置信”。这一点是peer channel create独有的，因为创建application channel要使用system channel的chainSupport对象。
重回orderer/configupdate/configupdate.go的Process(...)中，继续，对原始的“配置信”处理之后，support, ok := bh.sm.GetChain(chdr.ChannelId)，根据频道ID获取chainSupport对象，peer channel create获取的是system channel的chainSupport，peer channel update获取的是对应application channel的chainSupport。
_, filterErr := support.Filters().Apply(msg)，由第6点获取的chainSupport获取频道的过滤器集合并对“配置信”进行Apply()过滤。只讲peer channel create，获取的是system channel的过滤器集，具体为orderer启动时，在orderer/multichain/chainsupport.go的createSystemChainFilters(...)生成。依次进行非空、大小、签名的检查后，最后调用systemChainFilter的Apply()，即orderer/multichain/systemchain.go的Apply(env)。在systemChainFilter的Apply(env)中，一系列抽取“配置信”并检查之后，（1） scf.authorizeAndInspect(configTx)对“配置信”整理和检查。这里需要明确一点，从peer发送到orderer接收至此，“配置信”均只有配置项而没有具体的配置值，是不完整的。而直到这一步才对“配置信”进行配置值的填充。在authorizeAndInspect(...)中，我们如愿的看到了NewChannelConfig，configtx.NewManagerImpl(...)的身影，即根据system channel的配置填充“配置信”对应配置项的值和新建application channel所使用的configManager。这也同时证明了第5点所说的有关sanity类型检验的说法所言非虚。（2） return filter.Accept, &systemChainCommitter{...}，返回Accept动作和包含了完整的“配置信”的systemChainCommitter。这里注意，这一步主要目的有两个：验证和填充“配置信”，system channel的过滤器集合Apply()后返回的执行器集合被_省略，是因为后文会再次生成，在block写入账本之前调用执行器。
support.Enqueue(msg)，把“配置信”作为一条消息发送给kafka（或solo），具体是由orderer/kafka/chain.go中chainImpl的Enqueue(...)发给kafka的（又由于support是system channel的chainSupport，因此这里的chainImpl是system channel对应的对象，其成员support也是system channel的chainSupport），经过kafka暗盒的排序处理，配置信被包裹在一条KafkaMessage_Regular消息，在orderer/kafka/chain.go的processMessagesToBlocks()中被接收，并进入case *ab.KafkaMessage_Regular:分支，交由processRegular(...)处理。在processRegular(...)中，将“配置信”抽取出来后：（1） batches, committers, ok := support.BlockCutter().Ordered(env)，由“配置信”生成block，由于是“配置信”，因此会单独作为一个block，且support是system channel的chainSupport，获取的执行器集合committers也是system channel的过滤器集合Apply(env)之后返回的，即第7点末尾中提及的被_省略掉的过滤器集合，在这里又被重新生成。执行集合中只包含第7点（2）中所述的systemChainCommitter。（2） for i, batch := range batches，在循环中依次处理每批消息，将每批消息打包成block，然后support.WriteBlock(block, committers[i],...)在账本中写入block。（3） support.WriteBlock(...)执行的是orderer/multichain/chainsupport.go的WriteBlock(...)，在这个函数中，首先在for _, committer := range committers循环中依次执行committer.Commit()，即将执行器集合兑现，这里因为只有一个systemChainCommitter，因此执行的是orderer/multichain/systemchain.go的Commit() -> scc.filter.cc.newChain(scc.configTx)，最终执行的是orderer/multichain/manager.go的multiLedger的newChain(...)，在这里，正式的创建了application channel。可以看到，创建application channel的最终效果就是：创建了频道的账本（且写入“配置信”作为genesis块）并在orderer的multiLedger对象成员chains中添加一个chainSupport对象并启动了相应的服务。而上文提及的peer channel update使用到的chainSupport对象，也就是这里创建的。（4）还是在WriteBlock(...)中，兑现执行器集合后，cs.ledger.Append(block)也会把application channel的genesis块写入system channel的账本。执行至此，peer channel create在orderer端的工作基本结束。
重新返回到orderer/common/broadcast/broadcast.go的Handle(...)中，定位到support.Enqueue(msg)之后，之后的srv.Send(..._SUCCESS)就是orderer结点处理完毕创建新的application channel的工作后，向发起peer channel create动作的peer结点返回成功的应答。这里注意一下peer结点接收这个应答的地方是在broadcastClient的Send(...)接口内部（参看peer/commono/ordererclient.go的Send(...)实现中的getAck()），也即当peer/channel/create.go的sendCreateChainTransaction中执行完broadcastClient.Send(chCrtEnv)，在Send(...)内部已经接收到了来自orderer结点的应答信息。至此，第一步结束。对于peer channel update动作来说，至此整个动作结束。
开始第二步。重新返回peer/channel/create.go的executeCreate(cf)中：block, err = getGenesisBlock(cf)，在一定时限内（默认5s，可由peer channel create命令行的-t指定），利用deliver服务每隔200毫秒向orderer结点的指定的application channel索要一次序号为0的block，即上文第2-8所创建的application channel的genesis块，直到成功获取或超时。这一步不展开细讲。
开始第三步。b, err := proto.Marshal(block) -> ioutil.WriteFile(file, b, 0644)，将第二步获取的block以application channel ID+.block的格式写入文件，供peer channel join动作使用。至此，整个peer channel create动作执行完毕。

join

peer channel join动作看上去很像是peer要加入channel，而channel又在orderer结点中，所以顺气自然的就会认为peer需要发送一些自己的数据到channel，然后channel接收这些数据后添加到自身的对象中。其实join的动作完全是peer结点本地化自身数据和服务，以达到和对应存在于orderer结点的application channel的数据和服务相配套的一个过程。数据主要指账本，服务主要指gossip等模块的服务。这里假设peer channel create创建的是一个ID是mychannel的application channel，对应生成的即为mychannel.block文件。在peer/channel/join.go中：

joinCmd(cf) -> join(...) -> executeJoin(cf)中，（1） spec, err := getJoinCCSpec()创建了一个关于cscc的ChaincodeSpec格式的“说明书”，其中的ChaincodeInput作为scc执行的输入参数，指定了两项：动作cscc.JoinChain、从mychannel.block中读取的mychannel的genesis块数据。（2） invocation := &pb.ChaincodeInvocationSpec{...} -> prop, _, err = putils.CreateProposalFromCIS(...) -> signedProp, err = putils.GetSignedProposal(...)，包装+签名，形成一个背书申请。（3） cf.EndorserClient.ProcessProposal(...)，通过背书客户端，发起背书请求。
背书过程省略。可参看peer chaincode ...的背书过程，如《fabric源码解析18-20》。最终直接定位到core/scc/cscc/configure.go。
在configure.go的Invoke(stub)中，根据第1点（1）中所述的“说明书”，将进入case JoinChain:分支：（1） block, err := utils.GetBlockFromBlockBytes(args[1])从第二个参数中获取mychannel的genesis块，然后是一系列的检查验证，这里略过不讲。（2） joinChain(cid, block)，最后执行join的具体动作。
在joinChain(cid, block)中：（1） peer.CreateChainFromBlock(block)（core/peer/peer.go），创建peer结点本地的针对mychannel的链（账本）和gossip服务。这个系列之前关于chaincode，gossip主题的文章中涉及使用的账本，gossip服务，均是在此生成的。（2） peer.InitChain(chainID)（core/peer/peer.go），初始化peer结点本地的链。（3） producer.SendProducerBlockEvent(block)，创建事件服务，此为监控服务，在此不述。
详解第4点的（1），在CreateChainFromBlock(block)中：（1） l, err = ledgermgmt.CreateLedger(cb)，根据mychannel的genesis块，创建peer本地专供mychannel使用的账本。（2） createChain(cid, l, cb)，创建针对mychannel使用的链对象，在这个函数中，着重看一下service.GetGossipService().InitializeChannel(...)，该句初始化了peer结点本地gossip模块中专供mychannel使用的gossip服务，并在此gossip服务与orderer结点之间建立了服务连接，由此peer结点就可以源源不断的从orderer结点中的mychannel频道索要block数据块并添加到本地的用于mychannel的账本。
详解第4点的（2），在InitChain(chainID)中：只执行了chainInitializer(cid)，而chainInitializer这个函数变量，是在peer结点启动起来的时候被赋值的，即在peer/node/start.go的serve中执行peer.Initialize(...)时被赋值的，这里给chainInitializer所赋的值是func(cid string){ scc.DeploySysCCs(cid) }，即部署了指定频道ID的system chaincode，也即初始化peer结点的mychannel的链，其实就是在mychannel链上部署的scc。如此，peer chaincode ...动作在mychannel上执行的过程中所使用到的scc也就绪了。这里所部署的针对mychannel的scc要与peer结点启动时部署的scc（peer/node/start.go的serve中执行的initSysCCs()）做区分，即如peer chaincode ...命令若是没有指定频道ID，默认使用的是peer结点启动时部署的scc，否则使用的是具体的针对某一频道ID的链上的scc。
重回core/scc/cscc/configure.go的joinChain(cid, block)中，当第4点执行完毕，则背书过程基本结束，开始一路返回，过程省略，可以直接定位回到peer/channel/join.go的executeJoin(cf)中，在接收到背书的返回结果proposalResp后，整个join动作也宣告完成。

结语

以上即为Channel关于create/update，join的执行过程。所述过程线条较粗，尤其是create执行过程中涉及到比较多且复杂的对配置数据的各种变形和处理（主要集中在common/config，common/configtx两个目录中）都进行了省略（若细讲会扰乱主线），读者可以自行深研。其实关于Channel的文章，应该放在类似chaincode、gossip、orderer等主题文章之前的，但笔者能力所限，一直没太吃透，以致拖延至此，所以也建议读者读完此篇文章后，可以重看一下前面的文章。