Solana开发学习（一） -- 总体说明

1. 背景
2. Solana开发入门
3. 基本概念
- 3.1. 账户模型
4. 小结
5. 参考

Rust项目学习：Solana。

1. 背景

继续进一步学习Rust开源项目，后面准备先看下Solana和TiKV，相关应用和生态发展也可了解 Rust编程第一课–开悟之坡（上）：Rust的现状、机遇与挑战和 2021 年 Rust 行业调研报告、Rust 2022 生态版图调研报告。

本篇开始学习基于Rust开发的知名项目：Solana，并学习区块链开发相关内容。

先收集部分学习资源：

Getting Started with Solana Development
- 中文版：Solana 开发入门
- 之前看到的一个资源推荐：roadmap.sh，其中建议了各类开发相关的学习路线。第一个Solana链接就是此处文档。
Solana Documentation
Solana白皮书：solana-whitepaper
Solana架构：Solana Architecture
Solana中文开发教程
blockchain背景知识：B站北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》公开课

关于区块链，之前在《左耳听风》学习过基础的技术原理（笔记：区块链学习笔记），另外当时看《OK区块链60讲》里的应用时还挺受触动（区块链学习.md），近些年也或多或少参与Crypto的投资或投机（屯大饼二饼；矿机；GTC/ENS/OP/ARB/ZK空投；链游；NFT）。之前看过BTC和以太坊的几本书，但没参与相关开发，趁学Rust的机会拓展下技能栈。

2. Solana开发入门

基于上述参考链接浏览对比后，先基于 Getting Started with Solana Development（结合中文版：Solana 开发入门）进行学习。

Solana 的开发分两个主要部分：

链上程序开发：创建和部署自定义程序到区块链，可基于 Rust、C 或 C++，Rust拥有更好的支持
客户端开发：编写和链上程序通信的软件（dApp），可使用任何语言
- 客户端通过RPC请求向Solana网络通信。用Solana的 JSON RPC API，通过HTTP和Websocket直接和Solana节点交互，与前端和后端之间的正常开发非常相似

客户端和Solana区块链通信示意图：

客户端和Solana网络通信

2.1. 客户端开发

可以使用自己熟悉的语言，通过社区贡献的SDK来进行客户端开发，各类SDK，见：Client-side Development，包含RUST、Typescript、Python、Java、C++、Go等等。

2.2. 链上程序开发

说明：

基于Rust、C 或 C++开发
机器上需要安装Rust
需要安装Solana CLI，用于在本地验证程序，安装后命令工具为 solana-test-validator
- 具体见 Install the Solana CLI
- 安装命令：sh -c "$(curl -sSfL https://release.anza.xyz/stable/install)"，在Mac上安装后大概要476MB

开发时，可基于原生Rust（不使用框架）开发，也可基于 Anchor框架，其提供更高等级的API使得开发更简单（类似于React替代原生Javascript和HTML）

测试框架：solana-program-test

若不想在本地开发程序，也有一个在线IDE：online IDE Solana Playground，使用参考：Solana Quick Start Guide。

安装Solana CLI：

[MacOS-xd@qxd ➜ repo ]$ sh -c "$(curl -sSfL https://release.anza.xyz/stable/install)"
downloading stable installer
  ✨ stable commit 7feb24d initialized
Adding
...
export PATH="/Users/xd/.local/share/solana/install/active_release/bin:$PATH"

[MacOS-xd@qxd ➜ repo ]$ cd /Users/xd/.local/share/solana/install/releases/stable-7xxx/solana-release/bin
[MacOS-xd@qxd ➜ bin ]$ ls
agave-install         cargo-test-bpf        solana-dos            solana-stake-accounts
agave-install-init    cargo-test-sbf        solana-faucet         solana-test-validator
agave-ledger-tool     deps                  solana-genesis        solana-tokens
agave-validator       rbpf-cli              solana-gossip         solang
agave-watchtower      sdk                   solana-keygen         spl-token
cargo-build-bpf       solana                solana-log-analyzer
cargo-build-sbf       solana-bench-tps      solana-net-shaper

2.3. 开发网络环境

Solana上有几种不同的网络环境（也称作集群，cluster），注意选择正确环境：

主网Beta版（Mainnet Beta）：生产网络，需要真金白银
开发网（Devnet）：生产模拟环境，用于部署生产环境前，测试保证程序的质量
本地（Local）：在本地使用solana-test-validator来测试程序，开发时的首选

2.4. 示例参考

有几个资源可以帮助提升Solana开发的学习：

Solana Cookbook，提供了一系列参考和程序片段
Solana Program Examples，提供不同操作的程序示例
Guides，教程和指南

2.5. Solana和BPF

特别说明下，Solana基于eBPF实现了一个专门用于智能合约的运行时环境，这个运行时环境称为Solana BPF Loader。意外地跟前面 eBPF学习实践系列联接起来了，后面可以多看下基于Rust编写eBPF程序（相关实际示例参考：一次使用 ebpf 来解决 k8s 网络通信故障记录、一次使用 eBPF LSM 来解决系统时间被回调的记录。

Solana 利用LLVM编译架构将程序编译成可执行与可链接格式文件(ELF)。这些文件包括一个为Solana程序修改过的BPF字节码(eBPF bytecode)，称为“Solana Bytecode Format”(sBPF)。

LLVM 的使用使Solana能够潜在地支持任何可以编译成 LLVM 的 BPF 后端的编程语言。这大大增强了 Solana 作为开发平台的灵活性。

参考：Core Concepts – Berkeley Packet Filter

3. 基本概念

3.1. 账户模型

Solana的数据组织方式类似键值存储（Address: AccountInfo），其数据库中每个条目都称为帐户（Account）

地址是以Ed25519算法生成的32位的公钥，可视为帐户的唯一标识符。

账户最多能存储10MB的数据，数据可包含可执行程序或程序状态
账户需要SOL代币押金，和存储数据量成正比，押金在账户关闭时可全额退还
每个账户都有一个程序所有者，只有程序所有者的程序可修改或扣除余额，不过任何人可增加余额
程序（智能合约）是存储（已编译）可执行代码的无状态帐户
- executable标志会设置为true
数据帐户由程序创建，用于存储和管理程序状态
原生程序（Native programs）是Solana运行时附带的内置程序
Sysvar帐户是存储网络群集状态的特殊帐户
- 位于预定义地址的特殊账户，随着网路集群数据动态更新

账户定义：

见：AccountInfo

#[derive(Clone)]
#[repr(C)]
pub struct AccountInfo<'a> {
    /// Public key of the account
    pub key: &'a Pubkey,

    // 账户余额的数字表示，单位为lamports，即 SOL 的最小单位（1 SOL = 10 亿 lamports）
    pub lamports: Rc<RefCell<&'a mut u64>>,
    // 存储帐户状态的字节数组，若账户是一个程序（智能合约），则此处存储可执行程序
    pub data: Rc<RefCell<&'a mut [u8]>>,
    // 指定拥有帐户程序的公钥（程序 ID）
    pub owner: &'a Pubkey,

    /// The epoch at which this account will next owe rent
    pub rent_epoch: Epoch,
    /// Was the transaction signed by this account's public key?
    pub is_signer: bool,
    /// Is the account writable?
    pub is_writable: bool,

    /// This account's data contains a loaded program (and is now read-only)
    // 指示帐户是否为程序
    pub executable: bool,
}

原生程序：

Solana包含少量原生程序，这些程序是验证器实现的一部分，并为网络提供各种核心功能。

在Solana上开发自定义程序时，通常会与两个原生程序进行交互，即系统程序和BPF加载程序。

系统程序（System Program）
- 默认情况下，所有新帐户都归系统程序所有
- 负责几个关键任务：创建新账户、空间分配（设置每个账户的数据字段的字节容量）、分配程序所有权（创建账户后，可将程序所有者分配给其他程序账户）
- 在Solana上，“钱包”只是系统程序拥有的账户，钱包的lamports余额是账户所拥有的SOL金额
BPF加载程序（BPFLoader Program）
- BPF Loader程序是Solana网络上除了原生程序外所有程序的所有者，负责部署、升级和执行自定义程序