MSCAS的性能優(yōu)化策略與實現(xiàn)

閻婷婷

性能是數(shù)字電視運營前端實時播出系統(tǒng)至關(guān)重要的因素之一。對于計算機本身，合理的軟、硬件的配置可以使系統(tǒng)的使用達(dá)到最佳。

一、代碼優(yōu)化

對于一套系統(tǒng)，使用不同的變量，函數(shù)和邏輯雖然最終都可以達(dá)到目的，但程序可讀性、易維護(hù)性、復(fù)雜性可能完全不同，效率可能截然不同。

在MSCAS中有一個實際需求就是通過三個數(shù)字合起來定位一個元素。也就是說以DWORD1+DWORD2+DWORD3作為Key，去獲取一個Value。MFC和STL都沒有通過多個鍵查找一個元素的類，所以采用變通的辦法，即首先將3個DWORD類型鍵轉(zhuǎn)換成一個字符串型鍵：“DWORD1_DWORD2_DWORD3”這時問題就變成了通過一個字符串型key值查找一個元素了。MFC有基于CMap類的CMapStringToPtr類，而STL中有：：std：：map，在經(jīng)過大量的效率測試后發(fā)現(xiàn)后者比前者具有很高的效率。

鑒于MSCAS程序多處使用了CMap，為了保持代碼的兼容性，將改進(jìn)后的代碼按照CMap的方式將：：std：：map進(jìn)行了封裝，這樣可以保證代碼的最小改動性以適應(yīng)其他開發(fā)人員的開發(fā)習(xí)慣。

二、數(shù)據(jù)庫優(yōu)化與實現(xiàn)

2.1MSCAS數(shù)據(jù)庫瓶頸分析

CAS數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，它的性能直接影響著整個系統(tǒng)的性能，根據(jù)分析，其特點是：

·數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)簡單，但數(shù)據(jù)量大。

·數(shù)據(jù)庫類型屬于OLTP和OLAP混合模式。

針對上述特點，數(shù)據(jù)庫在設(shè)計的時候應(yīng)該充分考慮到數(shù)據(jù)壓力對數(shù)據(jù)庫性能的影響，使用Oracle提供的分區(qū)表選件對大表進(jìn)行拆分；使用存儲過程封裝絕大多數(shù)數(shù)據(jù)庫操作以及使用合理的備份、遷移、數(shù)據(jù)生成方式提高整體系統(tǒng)的效率。

優(yōu)化前的MSCAS，在用戶數(shù)量到達(dá)10000以后，整體性能明顯下降。主要原因在于：

CAS數(shù)據(jù)庫的表沒有建立合適的索引，致使在數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量增加以后，過多的全表掃描大大增加了Oracle數(shù)據(jù)庫的磁盤讀寫I/O壓力和內(nèi)存訪問壓力。數(shù)據(jù)庫配置不合理，分配內(nèi)存過少引起數(shù)據(jù)庫中不必要的磁盤頁面交換和內(nèi)存調(diào)整。

為了提升整個CAS系統(tǒng)的效率，調(diào)優(yōu)方法如下：

通過對數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)和索引重新進(jìn)行合理設(shè)計，減少不必要的高負(fù)荷數(shù)據(jù)庫操作；對Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運行時刻調(diào)優(yōu)，讓Oracle在不同數(shù)據(jù)量壓力下都能運行在最佳狀態(tài)。

2.2分區(qū)表和分區(qū)索引的使用

在分區(qū)表上建立三種索引模式：全局分區(qū)索引、全局不分區(qū)索引和本地分區(qū)索引。在CAS數(shù)據(jù)庫中，對于查詢效率比較高的索引采用全局分區(qū)索引，同時對更新頻率相對比較高的字段建立本地分區(qū)索引。

2.3索引的使用

索引（Index）是常見的數(shù)據(jù)庫對象，它的設(shè)置好壞、使用是否得當(dāng)，直接影響著數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的性能。通過建立B-TREE索引、復(fù)合索引和普通索引以及位圖索引相，系統(tǒng)速度大大提高，同時數(shù)據(jù)庫壓力也減小不少。

2.4測試和驗證

通過對100萬用戶量級批量授權(quán)速度進(jìn)行測試，結(jié)果表明在大用戶量的情況下，一次進(jìn)行190條記錄的批量設(shè)置，速度仍然可以達(dá)到1分鐘以內(nèi)，完全可以滿足商用目的。

三、數(shù)據(jù)包的收發(fā)優(yōu)化策略與實現(xiàn)

授權(quán)信息、OSD，E-mail等信息都要求用戶能即時收到的信息都是通過EMM包來傳送的。因此，如何設(shè)計一種高效的發(fā)送接收策略能讓用戶即時的收到EMM包是條件接收系統(tǒng)性能優(yōu)化中的最重要部分。

3.1EMM包概述

EMM包是數(shù)字電視前端向終端發(fā)送的主要信息。EMM包的收發(fā)原理是所有數(shù)據(jù)在一個大的隊列中循環(huán)發(fā)送。在終端，當(dāng)用戶將智能卡插入機頂盒后，機頂盒將根據(jù)此智能卡的卡號來過濾流中屬于此智能卡的EMM數(shù)據(jù)。EMM包發(fā)送優(yōu)化的目的就是使前端新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包在終端能在最短的時間內(nèi)接收處理。

3.2終端的接收機制和策略

數(shù)字電視信息終端由機頂盒、智能卡和電視機組成。機頂盒接收所有前端傳來的信號，其中與CAS模塊有關(guān)的EMM包和ECM包需要送入智能卡解密。最終通過ECM包得到明文的CW后，機頂盒解擾芯片將加擾的節(jié)目流解開后就可以在電視機上正常的播放。

機頂盒的工作原理如圖1所示：

對于EMM包的接收，機頂盒有一個過濾器，可以通過設(shè)置特定的過濾條件來接收需要的包。通過設(shè)置過濾器，機頂盒就可以收到制定卡號的包，當(dāng)過濾到一個需要的包后，會有一定的判斷、解析和處理時間。因此同一張卡的兩個數(shù)據(jù)包需要有一定的間隔。

3.3前端的發(fā)送機制、策略和實現(xiàn)

前端的發(fā)送機制首先是建立在終端接收機制基礎(chǔ)上，只有分析研究出一個準(zhǔn)確的業(yè)務(wù)模型，才能建立好的發(fā)送策略。

以授權(quán)包的發(fā)送為例，一個新的業(yè)務(wù)交易流程如下：用戶交費→SMS調(diào)用CAS發(fā)送授權(quán)→CAS生成EMM包通過復(fù)用器發(fā)送→終端接收到EMM包→解密節(jié)目，用戶可以收看節(jié)目。

大部分情況下，新業(yè)務(wù)是由用戶引起的，因此前端在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候終端機頂盒處于開狀態(tài)，智能卡插在機頂盒中等待接收數(shù)據(jù)，稱為第一類用戶，（約占90%）。發(fā)送授權(quán)數(shù)據(jù)的當(dāng)時，終端機頂盒并沒有處在準(zhǔn)備好的狀態(tài)，用戶可能在晚上才看電視，稱為第二類用戶（約占8%）。對于自動扣款的用戶，有可能出差等緣故幾天都不看電視，稱為第三類用戶（約占2%）。

根據(jù)上述分布，為了保證對于用戶響應(yīng)的及時性，提出優(yōu)先級不同的三個邏輯上的隊列：即時隊列、優(yōu)化隊列和惰性隊列。所有的數(shù)據(jù)包最后通過復(fù)用器向終端發(fā)送的時候都是一個一個串行發(fā)送的，通過點名控制模塊解決如何查找“下一個”的問題。不同的是三個隊列包含的數(shù)據(jù)包不同，發(fā)送的頻率不同。

三個隊列優(yōu)先級由高到低排列如下：即時隊列>優(yōu)化隊列>惰性隊列。

3.4測試和驗證

在數(shù)據(jù)包的發(fā)送策略沒有優(yōu)化之前，用戶接收到的數(shù)據(jù)最大時間依賴于惰性隊列發(fā)送一輪的時間，這種劣勢在數(shù)據(jù)量小的時候不明顯，但當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時對于用戶接收新數(shù)據(jù)包就體現(xiàn)的相當(dāng)明顯。表2為優(yōu)化前與優(yōu)化后的測試數(shù)據(jù)比較：（發(fā)送帶寬500kbps，每天更新數(shù)據(jù)包4000個）。

由試驗結(jié)果得出，在沒有優(yōu)化的情況下，接收數(shù)據(jù)的時間會隨著數(shù)據(jù)量的增加的不斷的增加，無法適用于大用戶量的情況。

優(yōu)化后即時隊列和優(yōu)化隊列的接收時間基本上保持穩(wěn)定，沒有隨著用戶量的增加而增加，解決了98%的用戶的接收問題。只有惰性隊列的接收時間與用戶量的增加有關(guān)并且比優(yōu)化前的要慢。

四、結(jié)論

MSCAS的設(shè)計在可擴展性、兼容性、穩(wěn)定性、安全性等方面具有借鑒意義。在具體的設(shè)計和實現(xiàn)方面，對于在條件接收系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)、C/S結(jié)構(gòu)模式通信方式、性能優(yōu)化、后臺控制程序設(shè)計原則、數(shù)據(jù)廣播的策略等方面也有一定的借鑒意義。

五、進(jìn)一步探討

對于MSCAS本身，操作系統(tǒng)平臺的選擇和裁剪方面還可以進(jìn)一步優(yōu)化，以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和效率。

而在監(jiān)控方面，除了有良好的監(jiān)控界面和完善的日志系統(tǒng)外，遠(yuǎn)程調(diào)試也是一個節(jié)省時間，提高效率的選擇。