專利名稱：一種提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于計算機存儲系統(tǒng)媒體文件存取方法，具體涉及一種提高 流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法。
背景技術：
流媒體服務是存儲系統(tǒng)的一個典型應用，存儲系繞所能支持的最大 并發(fā)媒體流數(shù)量是存儲系統(tǒng)提供流媒體服務時衡量其性能好壞的一個重 要標準。分布式存儲系統(tǒng)由多個流媒體服務器組成，單個流媒體服務器 所能支持的并發(fā)媒體流數(shù)量直接決定了整個分布式存儲系統(tǒng)所能支持的 并發(fā)媒體流數(shù)量。因此，提高單個流媒體服務器所能支持的并發(fā)媒體流 數(shù)量是提高整個分布式存儲系統(tǒng)所能支持的并發(fā)媒體流數(shù)量的關鍵。
依據(jù)媒體文件被訪問的順序性，媒體文件一般被順序地置于流媒體 服務器上。 一次媒體訪問所需的數(shù)據(jù)一般被置于一個流媒體服務器上。 提供流媒體服務的分布式存儲系統(tǒng)由客戶端、元數(shù)據(jù)服務器和流媒體服 務器三部分組成，這三方的通訊過程可以描述為客戶端向元數(shù)據(jù)服務 器發(fā)送媒體流建立申請，元數(shù)據(jù)服務器返回欲建立的媒體流所對應的流 媒體服務器，客戶端與流媒體服務器之間建立媒體流連接?？蛻舳伺c流 媒體服務器之間的媒體流具有動態(tài)性，具體表現(xiàn)在客戶端可以隨時申請 與流媒體服務器建立媒體流'連接，也可以隨時終止與流媒體服務器已建 立的媒體流連接。當客戶端與流媒體服務器建立媒體流連接時，流媒體 服務器分配一定的磁盤帶寬給特定的媒體流，以保證媒體流的服務質(zhì)量；
反之，當客戶端終止與流媒體服務器已建立的媒體流連接時，流媒體服 務器立即收回已分配給該媒體流的磁盤帶寬。基于此特點，流媒體服務 器的磁盤帶寬分配以媒體流為單位，而不是以某一個具體媒體文件或某一次具體的媒體數(shù)據(jù)請求為單位。
客戶端與流媒體服務器之間建立的各個媒體流均有其服務質(zhì)量需 求。普通的數(shù)據(jù)讀寫不允許有任何的數(shù)據(jù)損失，與其不同的是，流媒體 服務允許在滿足一定約束條件下的數(shù)據(jù)丟失。每個媒體流均有其特定的 服務質(zhì)量需求，此特定的服務質(zhì)量需求對應著特定的數(shù)據(jù)丟失約束條件。
依據(jù)媒體文件的編解碼特征以及媒體流的服務質(zhì)量需求， 一般以(m，k)約 束來表示每個媒體流特定服務質(zhì)量需求下的數(shù)據(jù)丟失約束條件；如果將 媒體文件分割為N個大小相同的數(shù)據(jù)單元，(m,k)約束的含義為任意k 個連續(xù)的數(shù)據(jù)單元中，至少有m個數(shù)據(jù)單元能夠在特定的時間點之前由 流媒體服務器傳輸?shù)娇蛻舳?；表達式(m,k)中，m《k; m<k時，表示某 媒體流允許部分數(shù)據(jù)未在特定的時間點之前由流媒體服務器傳輸?shù)娇蛻?端；m二k時，表示某媒體流要求任何數(shù)據(jù)都必須在特定的時間點之前由 流媒體服務器傳輸?shù)娇蛻舳恕?m,k)是針對特定媒體流的最壞數(shù)據(jù)丟失約 束條件，也是針對具有特定編解碼特征的具體的媒體文件的最壞數(shù)據(jù)丟 失約束條件。
現(xiàn)有的方法均利用緩存(Cache)替換算法的優(yōu)化來提高流媒體服務 器的并發(fā)媒體流數(shù)量。Renu Tewari等人分析了基于一個對象的兩個視 頻流的時間間隔，通過時間間隔的大小判斷是否將對象緩存以供其他流 讀取，從而避免過多的磁盤訪問，但是該方案僅針對基于同一個對象的 多個視頻流的時間間隔進行優(yōu)化，未針對同一個流媒體服務器的多個對 象進行整體的優(yōu)化，見Renu Tewari, Asit Dan， et al. "Buffering and Caching in Large-Scale Video Servers" , Proceedings of COMPCON 1995。Weifeng Shi等人在Renu Tewari等人提出的方案的 基礎上明確指出了時間間隔的閾值，但是仍然沒有將請求到達速率考慮 在內(nèi)，見Weifeng Shi et al, "Trading memory for disk bandwidth in Video on Demand" , Proceedings of 13th ACM Symposiumon Applied Computing, Feb. 1998。 Y W Park等人通過對請求到達速率進 行分類來動態(tài)判斷哪些對象需要提前置于緩存，哪些對象不能提前置于 緩存，見Y W Park ， W Seo , K D Chung， "Multi-phase interval caching for a news on demand server", IEEE International Conference on Multimedia
Computing and Systems ， Florence ,1999。但是這些方法均未利用媒體文件 自身的特征來提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法，目的在 于充分利用媒體文件自身的特征，在滿足一定的數(shù)據(jù)丟失約束條件的前 提下，減小定位于其上的媒體流的帶寬，從而在一定程度上提高流媒體 服務器并發(fā)媒體流數(shù)量。
本發(fā)明的一種提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法，在流媒體
服務器上設置一個媒體流等待隊列，包括
(1) 處理媒體流建立申請步驟；流媒體服務器每接收到客戶端的媒 體流建立申請，均將其置于媒體流等待隊列隊尾；
(2) 計算負載步驟；判斷媒體流等待隊列是否為空，是則等待，否 則從媒體流等待隊列隊頭取出一個媒體流建立申請，計算流媒體服務器 的負載R:
其中，N為流媒體服務器與客戶端之間建立的媒體流的個數(shù)，Bi為第 i個媒體流Si所占磁盤帶寬，B為流媒體服務器所能提供的峰值總帶寬；
(3) 滿載預判斷步驟；判斷R是否^"，是則判定流媒體服務器滿 載，轉步驟(5)，否則判定流媒體服務器尚未滿載，轉步驟(4)，"為系 統(tǒng)管理員預先設定的滿載閾值，0<"〈1;
(4) 媒體流建立步驟；流媒體服務器建立客戶端到流媒體服務器之間的媒體流連接，轉步驟(6);
(5) 帶寬重分配步驟；使部分媒體流定位到相應的編碼之后的媒體 文件，進行步驟(6);
(6) 滿載判斷步驟；重新計算流媒體服務器的負載R，判斷是否R ，是則轉步驟(5)，否則轉步驟(2);
(7) (m，k)編碼刪除步驟;流媒體服務器周期性的計算其負載R和所 有對象的訪問頻率，當R〈"時，依對象訪問頻率由低到高依次刪除相應 對象的(m,k)編碼，"為系統(tǒng)管理員預先設定的輕載閾值，(K々〈l;
所述步驟(1)、步驟(2) (6)、步驟(7)三者獨立進行。
所述的提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法，其特征在于，所
述帶寬重分配步驟順序包括下述過程
(1) 流媒體服務器判斷是否所有對象均已存在相應的(m，k)編碼，是
則拒絕媒體流建立申請，否則進行過程(2);
(2) 對象熱度排序過程；首先，計算流媒體服務器上各個尚未進行 (m,k)編碼的對象Oi的熱度LOi， LO「SOi， SOi為定位于對象Oi之上的媒 體流個數(shù)；其次，將對象Oi依其熱度按從大到小的順序排序，并將對象 編號依次置于數(shù)組L[NUM—OBJECT]中，NUM—OBJECT為流媒體服務 器上對象的總個數(shù)，i二l，…，M; M為流媒體服務器上尚未進行(m,k) 編碼的對象個數(shù)；
(3) 從數(shù)組L[NUM—OBJECT]中依次取出前P個對象進行(m，k)編 碼，并將編碼之后的對象置于流媒體服務器的空閑塊，P為系統(tǒng)管理員事 先設定的一個整數(shù)值；
(4) 將讀取熱點對象Oi的請求定位到(m,k)編碼之后的對象MKOi 上，轉所述滿載判斷步驟。本發(fā)明充分利用了媒體文件自身的特征，在滿足一定的數(shù)據(jù)丟失約 束條件的前提下，減小了定位于其上的媒體流的帶寬，從而在一定程度 上提高了流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量。
圖l為本發(fā)明流程框具體實施例方式
下面結合實例對本發(fā)明做進一步說明。
設t時刻流媒體服務器支持100個媒體流(即取N=100)，分別記為 Sp S2， S3， ...... ， S1()。。該100個媒體流所對應的帶寬需求分別為Bi，
B2， B3，……，B100。假設B產(chǎn)B2-B產(chǎn)……=B100=lMB/s。流媒體服務器 所能提供的峰值帶寬為120MB/s (取B二120MB/s)。由于磁盤磁頭定位延 遲的存在，使得磁盤的實際帶寬一般小于其峰值帶寬。磁盤的實際帶寬 取決于請求所需數(shù)據(jù)在磁盤上的分布，如果請求所需數(shù)據(jù)在磁盤上連續(xù) 分布，則磁盤實際帶寬較高；反之，請求所需數(shù)據(jù)在磁盤上的隨機離散 分布將降低磁盤的實際帶寬。假定流媒體服務器當前能夠滿足該100個 媒體流的帶寬需求。當?shù)?01個媒體流建立申請(設其所需帶寬為2MB/s) 到達時，首先將其置于流媒體服務器的媒體流等待隊列隊尾。此時流媒 體服務器未處理任何的媒體流建立申請，進入計算負載步驟。流媒體服 務器立即將該媒體流建立申請取出，并計算流媒體服務器的負載R，由
Z可知，R=10%2。 =0.833，進入滿載預判斷步驟。取"=0.9， i < ，此時流媒體服務器尚未滿載，進入媒體流建立步驟。在媒體流建
立步驟，流媒體服務器首先建立客戶端到流媒體服務器之間的媒體流連 接，然后進入滿載判斷步驟。此時重新計算流媒體服務器的負載R ，
R=(1Q()+2^/2。=0.85， i < ，表明客戶端到流媒體服務器之間的媒體流 連接被接受。
當?shù)?02個媒體流建立申請(假設其所需帶寬為10MB/s)到達時， 假設之前的101個媒體流均尚未終止。首先將其置于流媒體服務器的媒 體流等待隊列隊尾。此時流媒體服務器未處理任何的媒體流建立申請， 進入計算負載步驟。流媒體服務器立即將該媒體流建立申請取出，并計
算流媒體服務器的負載R，由及=^ 可知，R=(1G2 + 10^2()=0.85，進 入滿載預判斷步驟。取《 = 0.9，及< ，此時流媒體服務器尚未滿載，進 入媒體流建立步驟。在媒體流建立步驟，流媒體服務器首先建立客戶端 到流媒體服務器之間的媒體流連接，然后進入滿載判斷步驟。此時重新 計算流媒體服務器的負載R ， R』G2 + 10^2。=0.933，h"，因此進入
帶寬重分配步驟。首先流媒體服務器判斷是否所有對象均已存在相應的 (m,k)編碼。判斷的結果是所有對象均未存在(m,k)編碼，此時進入對象熱 度排序過程，計算流媒體服務器上各個尚未進行(m，k)編碼的對象的熱度， 將對象依其熱度按從大到小的順序排序，并將對象編號依次置于數(shù)組L 中。假設排序之后的結果是zo^i:o^i:o3......^zo/ (H為流媒體服務器上
當前對象個數(shù))。當取P-10，且H個對象的(m,k)約束條件均為(9,10)時， 為前P40個對象Op 02， ， On)創(chuàng)建(m，k)編碼對象，并且將基于前
10個對象Op 02，……，01()的媒體流分別定位到MKOp MK02， MK03，， MK01Q。假設媒體流S" S2， S3，……，Su)分別基于oP o2， o3，， o1()，且其他媒體流均未基于o" o2， o3， ，
On)中的任一個對象。記基于對象Op 02，……，Ou)的媒體流分別為Sp
S2， S3， ...... ， S1()，而基于MKOp MK02， MK03， ...... ， MKOu)的
媒體流分別為&'， ， &....... ，占用的磁盤帶寬分別為A'， A'，
53'， ......， 510'。由(m,k)約束條件可知，AS0.9及，^薪足1S/《10。由此
可知媒體流由Si， S2， S3，……，Suj分別切換為&'， 5V ， &.......，
&。'之后，最多可節(jié)省0.9*10*171必"=9^5"的磁盤帶寬，然后進入滿載判 斷步驟。此時重新計算流媒體服務器的負載R ， i J02-94^2(^0.8583，
i < ，表明客戶端到流媒體服務器之間的媒體流連接被接受。
在帶寬重分配步驟，如果P取3，且H個對象的(m,k)約束條件均為
(9,10)。則最多可節(jié)省0.9*3*171必/^ = 2.7^\犯"的磁盤帶寬，然后進入滿負載
判斷步驟。此時重新計算流媒體服務器的負載R ， ^ = 102-2.7 + 1%2。 = 0.9108，易知^>"，此時再次進入帶寬重分配步驟。
首先流媒體服務器判斷是否所有對象均已存在相應的(m,k)編碼。判斷的
結果是并非所有對象均已存在相應的(m,k)編碼，此時進入對象熱度排序
過程，計算流媒體服務器上所有尚未進行(m,k)編碼的對象的熱度，將對
象依其熱度按從大到小的順序排序，并將對象編號依次置于數(shù)組L中。
從數(shù)組L中順次取P個對象進行(m,k)編碼并將相應的媒體流定位到各個
對象所對應的(m，k)編碼對象上，最多可節(jié)省0.9*6*1^5" = 5.4似^〃的磁盤
帶寬，然后進入滿負載判斷步驟。此時重新計算流媒體服務器的負載R， ^ = 102-5.4 +1%2。 = 0.8883 ，i < ，表明客戶端到流媒體服務器之間的媒
體流連接被接受。
權利要求
1. 一種提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法，在流媒體服務器上設置一個媒體流等待隊列，包括(1)處理媒體流建立申請步驟；流媒體服務器每接收到客戶端的媒體流建立申請，均將其置于媒體流等待隊列隊尾；(2)計算負載步驟；判斷媒體流等待隊列是否為空，是則等待，否則從媒體流等待隊列隊頭取出一個媒體流建立申請，計算流媒體服務器的負載R
2.如權利婆求1所述的提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法， 其特征在于，所述帶寬重分配步驟順序包括下述過程(1) 流媒體服務器判斷是否所有對象均已存在相應的(m,k)編碼，是則拒絕媒體流建立申請，否則進行過程(2);(2) 對象熱度排序過程；首先，計算流媒體服務器上各個尚未進行(m,k)編碼的對象Oi的熱度LOi， LO「SOi， SO;為定位于對象Oi之上的媒 體流個數(shù)；其次，將對象Oi依其熱度按從大到小的順序排序，并將對象 編號依次置于數(shù)組L[NUM—OBJECT]中，NUM—OBJECT為流媒體服務 器上對象的總個數(shù)，i = l，…，M; M為流媒體服務器上尚未進行(m,k) 編碼的對象個數(shù)；(3) 從數(shù)組L[NUM—OBJECT]中依次取出前P個對象進行(m,k)編 碼，并將編碼之后的對象置于流媒體服務器的空閑塊，P為系統(tǒng)管理員事 先設定的一個整數(shù)值；(4) 將讀取熱點對象Oi的請求定位到(m,k)編碼之后的對象MKOj 上，轉所述滿載判斷步驟。
全文摘要
一種提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量的方法，屬于計算機存儲系統(tǒng)媒體文件存取方法，目的在于充分利用媒體文件自身的特征，在滿足一定的數(shù)據(jù)丟失約束條件的前提下，減小定位于其上的媒體流的帶寬，從而在一定程度上提高流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量。本發(fā)明包括處理媒體流建立申請步驟、計算負載步驟、滿載預判斷步驟、媒體流建立步驟、帶寬重分配步驟、滿載判斷步驟、(m，k)編碼刪除步驟。本發(fā)明充分利用媒體文件自身的特征減小了定位于其上的媒體流的帶寬，從而在一定程度上提高了流媒體服務器并發(fā)媒體流數(shù)量。
文檔編號H04L29/08GK101287002SQ20081004779
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月21日 優(yōu)先權日2008年5月21日
發(fā)明者丹 馮, 宇 華, 岳銀亮, 芳 王, 昌 田, 陳明水 申請人:華中科技大學