淺析分布式視頻點播系統(tǒng)中動態(tài)負載平衡方法

劉超

（91550部隊，遼寧 大連 116023）

0 引言

伴隨計算機與通信技術的持續(xù)推新，視頻點播服務在此背景下，獲得了長足發(fā)展，而且還成為網(wǎng)絡體系當中的重要服務方式。當前，許多用戶多通過Client/Server模式來獲取對媒體節(jié)目的請求，因用戶在具體請求上存在不統(tǒng)一分布，若難以合理化分配用戶請求，那么便會引發(fā)系統(tǒng)在具體的負載分布上出現(xiàn)不平衡的情況，從而會造成系統(tǒng)資源的綜合利用率出現(xiàn)大幅降低的情況。需要強調(diào)的是，基于通用PC而構建的系統(tǒng)平臺，與常規(guī)視頻點播系統(tǒng)相比較，差異比較大，前者在具體的可擴展性上比較好，可以同時對各個層次、不同種類的媒體服務器展開全面性、準確化處理。而針對用戶所發(fā)出的各種請求而言，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)實情況及相關需要，且聯(lián)合具體的負載信息，以一種自動化方式來對那些在負載上最輕的服務器展開選擇，借此達到高質量處理此請求的目的，這樣便能夠有效降低用戶請求的拒絕率[1]。本文基于分布式視頻點播系統(tǒng)，就其動態(tài)負載平衡的具體方法探討如下。

1 分布式視頻點播系統(tǒng)平臺的體系結構

現(xiàn)階段，一些客戶端大多采用的是比較傳統(tǒng)的Client/Server模式，其利用一些專門且得到加密的網(wǎng)絡，圍繞服務器當中的各種媒體節(jié)目，對其進行訪問，而要想使此方面高效化，便需借助一個已經(jīng)得到廣泛應用的系統(tǒng)平臺，來為用戶提供各種服務，使其可以按照自身要求，有目的性且規(guī)范化訪問媒體服務器，借此實現(xiàn)對系統(tǒng)資源展開合理化、充分化利用的目的，最終達到用戶請求拒絕率的最大程度降低。本文所構建的系統(tǒng)平臺主要由三部分組成：其一，客戶端。用戶通?？梢岳霉芾矸掌鳎ㄟ^對其所配套接口進行合理化利用，達到進入視頻點播系統(tǒng)界面的目的，并且還可以結合自身需要，對其中的一些節(jié)目進行點播。其二，中間管理端。對所處區(qū)域實施全局化管理。本地管理服務器主要負責管理本地的服務器，而且還負責與中心管理服務器之間的信息交換。其三，視頻服務器端。需要強調(diào)的是，此端口可以為用戶提供所需要的媒體流，并且還可以與磁盤陣列保持一種連接狀態(tài)，最終便可以對相關視頻數(shù)據(jù)進行讀取，且有針對性、目的性的展開網(wǎng)絡發(fā)送與調(diào)度等工作。

在此結構中，針對中間管理端而言，其實際就是視頻文件服務器連接客戶端的重要通道，發(fā)揮著關鍵性作用。其通信流程為：針對管理服務器來講，當將其啟動后，客戶端便會根據(jù)相關流程，圍繞服務器，對其界面展開人性化、規(guī)范化管理；并且還能在身份認證且順利通過之后，成功進入到指定的視頻點播界面，選擇所喜愛的節(jié)目來點播；需要指出的是，對于此種點播請求，如果相關信號被傳送到本地管理服務器，那么其會根據(jù)所接收到的諸如媒體節(jié)目名稱等信息，選擇與之相對應的管理服務器，來為用戶提供各項服務。還需要強調(diào)的是，不僅能夠為所管理的管理服務器實施相應動態(tài)選擇，而且在本地管理服務器上還運行了許多服務程序，能夠高質量地完成各項功能，如系統(tǒng)性能監(jiān)控、計費管理及用戶權限認證等。而對于管理服務器而言，其主要職責就是對多個區(qū)域的視頻文件服務器進行管理，并且對現(xiàn)階段所處區(qū)域當中的全部視頻文件服務器的負載實況，展開準確化、全面化收集，然后，結合客戶所提出的各項要求，選擇有著最輕負載且能夠高質量完成相關工作的視頻文件服務器，以此為客戶提供優(yōu)質化且全面化服務，最大程度且高效化利用系統(tǒng)資源[2]。

需要指出的是，本地管理服務器要想將上述任務高效完成，需注重如下內(nèi)容：（1）怎樣有效且高質量的量度工作負載；（2）怎樣收集、交換負載信息；（3）怎樣高效化的分配工作負載。

通常來講，人們會結合實際情況，把工作負載進行合理化定義，即將其明確為服務器能夠提供或支持的任務數(shù)，這主要包含兩部分，其一為正等待執(zhí)行的人數(shù)，其二是正處于執(zhí)行狀態(tài)的任務數(shù)，此種方法存在不健全的情況，即其未能將服務器的性能參與以及客戶所提質量要求考慮在內(nèi)，如任務執(zhí)行時間、服務器執(zhí)行速度等。所以，針對工作負載來講，實際就是一個需要同時將多種因素考慮在內(nèi)的綜合體。

需要指出的是，在圍繞負載信息進行相應收集、交換過程中，要想實現(xiàn)并持續(xù)保持視頻文件服務器與管理服務器間的實時通信，此時的管理服務器，便需要結合當前所收集到的各種負載信息，最終選定由哪個視頻文件服務器去執(zhí)行客戶請求。在執(zhí)行時，該平臺還會根據(jù)現(xiàn)實需要，把客戶對節(jié)目的實際請求情況考慮在內(nèi)，并且還需根據(jù)具體需要，對比于那些比較熱門的節(jié)目，且復制在一些特定的服務器當中，但需要強調(diào)的是，盡管這樣，有時也難以實現(xiàn)對客戶需求的真正滿足，因此，需要進行動態(tài)的復制，而這便會引發(fā)一些新問題。針對可能出現(xiàn)的問題，需要說明的是，針對那些比較熱門的節(jié)目來講，都需要找尋那些工作負載比較輕的服務器，然后將其當作目標服務器，對此，可用管理服務器來進行解決，管理服務器圍繞熱門節(jié)目的負載，依據(jù)自大至小的順序來排序，然后基于當前的具體工作負載，以一種特定順序作為目標服務器，通常情況下，采取自輕至重的順序；針對此種方法而言，雖然存在一定的隨機性，但能夠實現(xiàn)最優(yōu)利用資源的目的。另外，每當完成一項任務，管理服務器便會在此視頻文件服務器的工作負載當中，將其剛才所服務的工作負載減去，如此一來，便可以對服務器的工作負載進行實時監(jiān)控，為用戶請求提供更好服務，最大程度降低用戶拒絕率。

2 評估系統(tǒng)平臺性能

針對本系統(tǒng)平臺而言，其在模擬相關性能模擬時，通常需要在局域網(wǎng)上來實現(xiàn)運行。但需要強調(diào)的是，在模擬時，應滿足如下參數(shù)：（1）用戶請求數(shù)目。即在4h內(nèi)的全部用戶請求；（2）用戶請求模式。因用戶選擇視頻節(jié)目實為一個帶有一定隨機性的過程，以微觀層面為基礎來展開分析，本文的注重點即為隨意2個處于相鄰狀態(tài)用戶進入系統(tǒng)當中的時差；而從宏觀上來考量，則注重在特定時間段內(nèi)，用戶成功進入系統(tǒng)的準確數(shù)量，即用戶進入強度。需要說明的是，諸如周末等乃是用戶進入系統(tǒng)的黃金時段，因此，本文將黃金時段劃分成若干時段，一些時段用戶有著比較多的請求，而其它時段卻有著比較少的請求，這與當前情況基本相符。（3）視頻節(jié)目時間長度。對于節(jié)目長度來進行深層剖析，其乃是隨機的，本文基于60～120min這一區(qū)間內(nèi)，選擇任意值。（4）用戶選擇節(jié)目模式。針對VOD系統(tǒng)來講，其一節(jié)目數(shù)為基礎來加以確定，用戶在對節(jié)目進行實際選擇時，始終對Zipf分布持服從態(tài)度，因此，大部分用戶都集中于此些節(jié)目當中。在圍繞用戶拒絕率展開所對應的仿真實驗時，本文把一些相同型號的服務器作為系統(tǒng)運作的視頻文件服務器，且將其成功用于對外服務當中，需要指出的是，其在具體性能上，盡管有一定的差異，但仍然可以為那些熱門視頻節(jié)目所使用；本文所參考的對象是采用動態(tài)負載平衡法的傳統(tǒng)VOD系統(tǒng)，而將用戶請求的拒絕率當作性能評價參數(shù)，也就是被拒絕的用戶請求數(shù)與總的請求數(shù)的比值[3]。

在開展模擬仿真實驗時，本文選用3臺有著相同服務能力的服務器，在其中一臺服務器上存放1個媒體節(jié)目，而在規(guī)定的30分鐘內(nèi)，點播此節(jié)目，從中得知，一段時間后，三臺服務器所負責的任務數(shù)大致相當，而對于傳統(tǒng)VOD系統(tǒng)，服務器處于工作狀態(tài)的僅1臺，當負載達到最大時，在此之后的全部請求，都會被直接拒絕。

3 結語

綜上，在分布式視頻點播系統(tǒng)當中，采用動態(tài)負載平衡法相較之傳統(tǒng)VOD系統(tǒng)，在具體的用戶請求的拒絕率上得到顯著下降，用動態(tài)負載平衡法可使各服務器的工作負載更均勻化。因此，通過動態(tài)負載平衡法的合理化應用，能夠切實提高分布式視頻點播系統(tǒng)的運行性能，獲得更好的視頻播放效果。