基于鯤鵬處理器的媒體網(wǎng)關(guān)適配及穩(wěn)定性研究

劉作 陳楊 陳雄博

摘? 要：實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵IT基礎(chǔ)設(shè)施國(guó)產(chǎn)化自研，以及基于國(guó)產(chǎn)化環(huán)境的應(yīng)用適配，符合未來(lái)可持續(xù)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)，為了實(shí)現(xiàn)媒體網(wǎng)關(guān)向國(guó)產(chǎn)化服務(wù)器基礎(chǔ)環(huán)境平穩(wěn)遷移部署，搭建了國(guó)產(chǎn)化ARM64架構(gòu)服務(wù)器環(huán)境，進(jìn)行容器化媒體網(wǎng)關(guān)鏡像制作及適配部署，對(duì)依賴組件進(jìn)行全量分析與整合，通過(guò)階梯性增加并發(fā)通話數(shù)量對(duì)部署后的應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行了穩(wěn)定性測(cè)試及長(zhǎng)通話測(cè)試，測(cè)試結(jié)果滿足媒體網(wǎng)關(guān)線上使用要求，為電信業(yè)務(wù)遷移適配國(guó)產(chǎn)化服務(wù)器提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：ARM64架構(gòu);容器化部署;國(guó)產(chǎn)化適配;媒體網(wǎng)關(guān)

中圖分類號(hào)：TN92;TP332? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）20-0074-04

Research on Adaptation and Stability of Media Gateway Based on

Kunpeng Processor

LIU Zuo，CHEN Yang，CHEN Xiongbo

（Guangxi Dongxin Yitong Technology Co.，Ltd.，Qinzhou? 535008，China）

Abstract：It is in line with the sustainable and long-term development trend in the future to realize the localization self-research of key IT infrastructure and the application adaptation based on the localization environment. In order to realize the smooth migration and deployment of media gateway to the localization server infrastructure environment，the localization ARM64 architecture server environment was built，and the containerized media gateway image production and adaptation deployment were carried out，and the dependent components were fully analyzed and integrated. By increasing the number of concurrent calls step by step，the stability test and long call test of the deployed application service are carried out. The test results meet the online use requirements of media gateway，and provide reference experience for telecom service migration to adapt to localization server.

Keywords：ARM64 architecture;containerized deployment;localization adaptation;media gateway

0? 引? 言

隨著我國(guó)信息化建設(shè)的逐步深化，我國(guó)各行各業(yè)、經(jīng)濟(jì)政治，甚至國(guó)家安全都已離不開信息化設(shè)備的建設(shè)。近年來(lái)美國(guó)對(duì)中國(guó)信息安全的挑戰(zhàn)，無(wú)論是2013年的棱鏡門事件，還是近年美國(guó)對(duì)中國(guó)施加的芯片制裁，以及對(duì)華為5G設(shè)備的打壓，都給了我們深刻的教訓(xùn)，21世紀(jì)最大的安全問題就是信息化安全?！叭瞬环肝?，我不犯人”的傳統(tǒng)觀念已經(jīng)不適用于在當(dāng)今的信息化社會(huì)，要想保衛(wèi)國(guó)家安全，就必須先保證信息安全。實(shí)際上，各個(gè)國(guó)家的信息化安全都必須從硬件著手，其中服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)通信中的關(guān)鍵設(shè)備，我國(guó)的服務(wù)器市場(chǎng)有70%左右的份額被國(guó)外品牌占據(jù)。因此，加速推進(jìn)服務(wù)器國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程是我國(guó)信息化安全的重大課題，只有實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)“自主自控”，才能保證國(guó)家安全。目前，國(guó)產(chǎn)服務(wù)器的CPU主要基于ARM64架構(gòu)，電信業(yè)務(wù)在遷移適配國(guó)產(chǎn)服務(wù)器之前，必須進(jìn)行大量的分析驗(yàn)證。

ARM64是基于ARM架構(gòu)的64位處理器，ARM和X86區(qū)別如表1所示。

ARM和X86的主要區(qū)別，主要集中在以下4個(gè)部分：

（1）指令集：ARM更偏向于處理簡(jiǎn)單任務(wù)，在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，將活動(dòng)拆分成為多個(gè)簡(jiǎn)單的指令;X86更偏向于處理復(fù)雜任務(wù)。

（2）功耗：ARM消耗更少的電量，發(fā)熱低;X86架構(gòu)消耗更多的電量，發(fā)熱高。

（3）軟件：RISC匯編語(yǔ)言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì);而CISC匯編語(yǔ)言程序編程相對(duì)簡(jiǎn)單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。

（4）兼容性：X86系統(tǒng)由于發(fā)展較早，在微軟和英特爾的壟斷下，大量應(yīng)用于PC、筆記本電腦、服務(wù)器，形成了巨大的用戶群，兼容Windows、Mac、Linux等操作系統(tǒng)，在兼容性上有巨大的優(yōu)勢(shì);ARM起步較晚，主要應(yīng)用于Linux系統(tǒng)和Android系統(tǒng)。

綜上所述，CPU架構(gòu)的選擇取決應(yīng)用程序的需求和預(yù)期的性能水平。與X86相比，ARM在高端、現(xiàn)代和數(shù)字應(yīng)用設(shè)備中更受青睞;低端的、傳統(tǒng)的后端應(yīng)用程序更喜歡X86?；谕ㄐ艠I(yè)務(wù)所要求的簡(jiǎn)單高效特性考慮，ARM處理器是正確的選擇。

1? 項(xiàng)目研究背景

廣西東信易通科技有限公司是國(guó)內(nèi)最大的安全隱私號(hào)平臺(tái)研發(fā)及運(yùn)營(yíng)企業(yè)，基于前后的研發(fā)迭代，實(shí)現(xiàn)了從專用硬件資源向NFV軟化部署的演進(jìn)，目前平臺(tái)日輸出服務(wù)次數(shù)超2 000萬(wàn)次，而媒體網(wǎng)關(guān)作為隱私號(hào)平臺(tái)的核心網(wǎng)元，集中了媒體轉(zhuǎn)碼、編解碼、信令控制及媒體協(xié)商核心功能，而隨著一帶一路的不斷向前發(fā)展，做好國(guó)內(nèi)自主研發(fā)產(chǎn)品的整合重組、兼容適配，端到端的掌握核心技術(shù)，形成國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用備用計(jì)劃，是打造通信產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，同時(shí)引入ARM64架構(gòu)鯤鵬處理器的功能適配，能夠解決動(dòng)態(tài)部署及遷移，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。

基于上述目的，本文基于國(guó)產(chǎn)化ARM64環(huán)境，設(shè)計(jì)了媒體網(wǎng)關(guān)國(guó)產(chǎn)化部署研究組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示，其中應(yīng)用系統(tǒng)全部基于國(guó)產(chǎn)化環(huán)境進(jìn)行部署，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)接PSTN-SIP線路，實(shí)現(xiàn)呼入與外呼功能，使系統(tǒng)具備實(shí)際場(chǎng)景呼叫功能，而UAC及UAS的引入，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)的模擬并發(fā)壓力測(cè)試，以便對(duì)產(chǎn)品在兼容性、穩(wěn)定性、安全、功耗等方面做全面的測(cè)試驗(yàn)證。

2? 容器化媒體網(wǎng)關(guān)國(guó)產(chǎn)化適配部署及穩(wěn)定性分析

2.1? 媒體網(wǎng)關(guān)組件分析及交叉編譯

媒體網(wǎng)關(guān)劃分為核心調(diào)度模塊及解耦功能控制模塊，其中核心模塊代碼主要實(shí)現(xiàn)公共接口為外圍功能控制模塊調(diào)用，這些接口對(duì)同類型的邏輯及功能實(shí)體進(jìn)行抽象構(gòu)造，以便調(diào)用者負(fù)責(zé)具體實(shí)現(xiàn)，核心層通過(guò)鉤子函數(shù)調(diào)用具體實(shí)現(xiàn)代碼或函數(shù)。而具體的，外圍的解耦功能控制模塊，能夠根據(jù)不同的功能需求，選擇實(shí)現(xiàn)核心模塊的數(shù)個(gè)接口，通過(guò)事件注冊(cè)的方式向消息中心訂閱事件，在事件觸發(fā)后，會(huì)采用廣播的形式向訂閱者發(fā)送訂閱信息，以便實(shí)現(xiàn)控制與承載分離，簡(jiǎn)化系統(tǒng)難度，在上層應(yīng)用中，只需要關(guān)注讀取數(shù)據(jù)及控制邏輯，而忽略數(shù)據(jù)的來(lái)源及產(chǎn)生方式，交由底層資源進(jìn)行處理，該種依賴機(jī)制的采用，在層與層之間屏蔽了具體實(shí)現(xiàn)方式，只暴露必要的接口，從而容易實(shí)現(xiàn)模塊之間的功能擴(kuò)展與解耦，達(dá)到支持不同類型協(xié)議、功能的目的，但同時(shí)對(duì)底層資源的適配與互通提出了挑戰(zhàn)。

在從X86服務(wù)器向ARM64架構(gòu)國(guó)產(chǎn)化服務(wù)器遷移適配過(guò)程中，可以采用交叉編譯鏈編譯適配ARM64的可執(zhí)行文件，交叉編譯原理即把應(yīng)用從現(xiàn)有平臺(tái)經(jīng)過(guò)編譯后，遷移到目標(biāo)平臺(tái)并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，其組成包括編譯器、連接器及解釋器三部分構(gòu)成，本文基于交叉編譯工具嵌入腳本如圖2所示。

2.2? 容器化鏡像制作及適配

本文基于華為國(guó)產(chǎn)化ARM64架構(gòu)鯤鵬處理器的泰山服務(wù)器作為底層基礎(chǔ)設(shè)施開展研究，采用容器云對(duì)媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行鏡像制作，達(dá)到與操作系統(tǒng)解耦的目的，在通常應(yīng)用部署及實(shí)踐中，應(yīng)用的部署會(huì)依賴于一系列前期操作，用以準(zhǔn)備應(yīng)用部署環(huán)境，制作容器化的鏡像，其優(yōu)勢(shì)在于可以將準(zhǔn)備階段的各種依賴組件提前寫進(jìn)Dockfile編譯文件，實(shí)現(xiàn)一條命令生成鏡像而忽略掉繁雜的編譯過(guò)程并實(shí)現(xiàn)部署環(huán)境的準(zhǔn)備及整合，進(jìn)而為應(yīng)用動(dòng)態(tài)部署提供了保障。

容器化鏡像部署及編譯過(guò)程，主要分三個(gè)部分：

（1）編寫Dockfile：包括目標(biāo)應(yīng)用要運(yùn)行的操作系統(tǒng)環(huán)境父鏡像、依賴組件、源代碼的引入以及編譯過(guò)程指令及邏輯操作的集合，編譯后的配置及端口映射等操作。

（2）鏡像的制作及入庫(kù)：基于編寫好的Dockfile進(jìn)行編譯，以期生成目標(biāo)可執(zhí)行鏡像文件，如果過(guò)程中遇到問題需要針對(duì)性解決，例如依賴確實(shí)或者編譯不通過(guò)等問題，最后將編譯好的可執(zhí)行目標(biāo)鏡像文件通過(guò)版本管理工具加入容器庫(kù)，以便動(dòng)態(tài)部署遷移時(shí)能夠及時(shí)調(diào)用。

（3）基于容器鏡像應(yīng)用部署：基于編譯好的鏡像，在國(guó)產(chǎn)化ARM64的服務(wù)器上進(jìn)行部署安裝，并運(yùn)行。

通過(guò)以上容器化編譯及部署的步驟，本文實(shí)現(xiàn)了媒體網(wǎng)關(guān)的容器化鏡像編譯及部署，系統(tǒng)啟動(dòng)后狀態(tài)如圖3所示。

3.2? 業(yè)務(wù)承載穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性作為通信系統(tǒng)最重要的指標(biāo)不容忽視，在系統(tǒng)成功部署并啟動(dòng)后，針對(duì)國(guó)產(chǎn)化ARM64架構(gòu)服務(wù)器部署的媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了業(yè)務(wù)穩(wěn)定性研究，測(cè)試系統(tǒng)配置包含三個(gè)部分，其中MS是待測(cè)試的媒體網(wǎng)關(guān)，UAC是測(cè)試媒體網(wǎng)關(guān)的主叫客戶端，UAS是測(cè)試媒體網(wǎng)關(guān)穩(wěn)定性的被叫客戶端，具體詳情如表2所示。

系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程以50并發(fā)為基礎(chǔ)單位，并以50并發(fā)增速進(jìn)行等差數(shù)列增長(zhǎng)，在UAC及UAS服務(wù)器執(zhí)行預(yù)先準(zhǔn)備好的信令腳本，其執(zhí)行順序?yàn)椋?/p>

（1）glances --export csv --export-csv-file 50_arm64.csv

（2）dstat --output 150_arm64.csv -cmdn

（3）sipp -sf uac.xml -inf test.csv -m 50 10.18.33.11：5060 -r 50 -rp 1000 –l 600

（4）sipp -sf reg.xml -inf reg.csv-m 10 10.18.33.11：5060

（5）sipp -sf uas.xml -inf test.csv -m 50 10.18.33.11：5060 -r 50 -rp 1000 -l 500000

測(cè)試數(shù)據(jù)為：

（1）壓測(cè)到250全錄音并發(fā)，能最大極限無(wú)呼損。

（2）網(wǎng)絡(luò)IO：315 kb。

（3）SSD磁盤IO：>3 MB/s（45 MB/5 s）。

（4）CPU用量：70%。

（5）內(nèi)存用量：40%。

（6）錄音合成延遲：不超過(guò)11分鐘;

（7）呼叫時(shí)長(zhǎng)測(cè)試：2 h內(nèi)無(wú)呼損。

并發(fā)測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)如圖4所示，通過(guò)壓力測(cè)試及呼叫時(shí)長(zhǎng)測(cè)試，基于鯤鵬920處理器的ARM64架構(gòu)服務(wù)器承載媒體網(wǎng)關(guān)表現(xiàn)性能優(yōu)異，穩(wěn)定性可靠，可以承載線上呼叫。

4? 結(jié)? 論

IT及CT基礎(chǔ)設(shè)施是軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)及各類新型應(yīng)用部署的基礎(chǔ)，其技術(shù)實(shí)現(xiàn)自研符合未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)，本文基于國(guó)產(chǎn)化ARM64架構(gòu)服務(wù)器環(huán)境，將媒體網(wǎng)關(guān)能力軟化架構(gòu)改造，并進(jìn)行容器化鏡像制作及部署，設(shè)計(jì)與部署了媒體服務(wù)器穩(wěn)定性測(cè)試環(huán)境，公開了國(guó)產(chǎn)化部署后的穩(wěn)定性測(cè)試數(shù)據(jù)，為VNF應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化適配及部署提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉作，陳楊，黎聰.基于VNF應(yīng)用切片的媒體網(wǎng)關(guān)承載電信級(jí)業(yè)務(wù)穩(wěn)定性研究 [J].通信電源技術(shù)，2020，37（9）：161-162+165.

[2] 陳楊，劉作，王建明，等.基于NFV的媒體網(wǎng)關(guān)軟化技術(shù)應(yīng)用測(cè)試研究 [J].電信技術(shù)，2018（3）：43-48.

[3] SMITH W J，STEWART A G，SEUSTER R，et al. ATLAS software stack on ARM64 [J].Journal of Physics：Conference Series，2017，898（7）：072001.

[4] 馮璐霞，李春江，黃亞斌.面向ARM64架構(gòu)多核微處理器的模板計(jì)算性能優(yōu)化研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2017，39（5）：829-833.

[5] KEIPERT K，MITRA G，SUNRIYAL V，et al. Energy-Efficient Computational Chemistry：Comparison of x86 and ARM Systems [J].Journal of chemical theory and computation，2015，11（11）：5055-5061.

作者簡(jiǎn)介：劉作（1983—），男，漢族，廣西南寧人，畢業(yè)于曼徹斯特大學(xué)，研發(fā)總監(jiān)，高級(jí)工程師，廣西壯族自治區(qū)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)重大專項(xiàng)負(fù)責(zé)人，南寧市特聘專家，博士，主要研究方向：互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、SDN/NFV;陳楊（1989—），男，蒙古族，遼寧朝陽(yáng)人，畢業(yè)于南京理工大學(xué)，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師，副高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向：SDN/NFV、傳輸與接入、核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究、電信網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)架構(gòu)研究與設(shè)計(jì);陳雄博（1987—），男，漢族，廣西玉林人，畢業(yè)于約克大學(xué)，高級(jí)研發(fā)工程師，副高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向：互聯(lián)網(wǎng)軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)維。