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原力區(qū)原作

《Dfinity系列解讀之：四個角度全面解讀Canister》的上半部分從智能合約和Actor兩個側(cè)面解讀了Dfinity中的Canister。

Canister中文是容器、罐子。它由代碼和數(shù)據(jù)組成，Dfinity應(yīng)用中的各個功能、組件的實現(xiàn)都要通過Canister——這個Dfinity中的計算單元來完成。

本文會繼續(xù)從另外兩個角度——進程和Webassembly繼續(xù)展開：

ICP作為一個操作系統(tǒng)是如何管理其中的進程-Canister的？

Canister實際在IC上又是如何執(zhí)行？

進程

在一個系統(tǒng)工程師眼中，Canister很像操作系統(tǒng)（Linux、macOS、Windows）中的進程。

操作系統(tǒng)會追蹤進程的有效內(nèi)存范圍，而Canister在其線性內(nèi)存上有一個由互聯(lián)網(wǎng)計算機（IC）強制限定的邊界。

當有任務(wù)需要完成時，操作系統(tǒng)的進程調(diào)度器會喚醒一個進程，而IC會幫我們統(tǒng)籌安排Canister們的執(zhí)行。

操作系統(tǒng)負責維護著進程的狀態(tài)（如文件描述符）。同樣地，IC也在維護、追蹤Canister的狀態(tài)：Token（ICP）和cycle的余額、未完成的調(diào)用、權(quán)限等。這里解釋一下cycle，它是Canister調(diào)用Dfinity系統(tǒng)資源（如計算、存儲等）的產(chǎn)生服務(wù)費，類似于以太坊中的Gas Fee。

因此，我們把整個IC系統(tǒng)理解成一個超大的分布式系統(tǒng)的資源/進程管理器，通過ICP最大化資源的利用率，達到優(yōu)化系統(tǒng)整體性能的目的。

由于進程無法直接更改自己的狀態(tài)，操作系統(tǒng)給進程提供了一些功能，使其能夠執(zhí)行如操作文件和與外圍設(shè)備通信這樣的操作。同樣，IC也以API的形式給Canister提供了一些功能：

付款
調(diào)用其它Canister
創(chuàng)建和管理Canister
對權(quán)限的管理
獲取系統(tǒng)時間

IC的一個獨特的特點是它提供了安全隨機的入口。在未來，Canister也有能力通過Canister的API簽名比特幣和以太坊合約（跨鏈）。

說完了相似點，我們再來談?wù)凜anister和傳統(tǒng)進程不同點：Canister的副本遍布在子網(wǎng)的節(jié)點上。也就是說，當Canister在遇到WebAssembly的trap時，它不會像在進程中那樣崩潰，而是會回滾到當前消息執(zhí)行前的狀態(tài)，這樣Canister可以繼續(xù)執(zhí)行新消息，實現(xiàn)了消息的異步。

另外一點不同的是，Canister不像傳統(tǒng)系統(tǒng)中的進程那樣，有exit() abort()這樣的系統(tǒng)命令，也就無法像進程那樣被CPU從進程表中移除掉。

它只能被IC的控制器（Controller）通過管理員命令的方式從系統(tǒng)中移除或更新它的狀態(tài)。這個控制器可以是用戶也可以是其它Canister，當在IC上構(gòu)建自治服務(wù)時，一個Canister控制、調(diào)用另一個Canister就成了一個關(guān)鍵因素。

Canister作為WebAssembly模塊的實例

Canister對于Web工程師來說相當于WebAssembly模塊的實例。這不僅僅是一個類比，而是Canister在IC上實際執(zhí)行的方式。也就是說，你運行在IC上應(yīng)用的Motoko代碼（Motoko是一種為互聯(lián)網(wǎng)計算機設(shè)計的編程語言，類似Solidity之于以太坊）需要被編譯成一個WebAssembly模塊后，才能被部署在Canister中執(zhí)行。

WebAssembly（WASM）是一種能在現(xiàn)代計算機硬件上運行的低級計算機指令格式，它廣泛支持運行在互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用，并原生支持互聯(lián)網(wǎng)計算機（IC）平臺上的應(yīng)用。

它設(shè)計的目是為諸如C、C++和Rust等語言提供一個高效的編譯目標。換句話說，開發(fā)者可以通過Motoko編譯成可移植的WebAssembly，同時還能以一種簡單的高級語言交付應(yīng)用。

對于網(wǎng)絡(luò)平臺而言，這具有巨大的意義——這為客戶端app提供了一種在網(wǎng)絡(luò)平臺以接近本地速度的方式運行多種語言編寫的代碼的方式；在這之前，客戶端app是不可能做到的。

因此，WASM虛擬機也被看作解決區(qū)塊鏈虛擬機瓶頸的既定方案，被波卡、以太坊 2.0 等項目采用。

從技術(shù)上講，Canister的代碼部分是一個加載系統(tǒng)API的WebAssembly模塊；也就是由IC提供給Canister的方法。此外，Canister可以導出自己的API，其他Canister也可以調(diào)用該API。WebAssembly的文檔中寫到：“模塊的實例是一個模塊的動態(tài)表示，包含它自己的狀態(tài)和執(zhí)行堆棧?！?/strong>因此，Canister不僅僅是WebAssembly模塊，而是一個WebAssembly模塊的實例。

為了Canister在部署時的簡單和可靠，Canister包含編譯過的代碼和依賴（執(zhí)行環(huán)境）。此外，它還存儲了關(guān)于當前軟件狀態(tài)的信息，并記錄了前面的事件和用戶的交互。這個狀態(tài)信息包含執(zhí)行環(huán)境的狀態(tài)和執(zhí)行應(yīng)用中的方法后導致的狀態(tài)的改變。

小結(jié)

可以說Dfinity中的Canister是繼承、優(yōu)化并吸納了智能合約、Actor、進程和Webassembly這四個概念中的元素，達到了它致力于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可擴展、可互操作的需求。

Canister是互聯(lián)網(wǎng)計算機的基石，也是組成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的原子——大規(guī)模的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)需要由眾多Canister互相協(xié)作完成。

引用參考：

https://www.youtube.com/watch?v=LKpGuBOXxtQ&t=4s
https://en.wikipedia.org/wiki/Actor_model
https://webassembly.github.io/spec/core/intro/overview.html

end

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Dfinity系列解讀之：四個角度全面解讀Canister（下）