周 鑫，王 煜

(天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300457)

基于RAMDISK的多屏流媒體服務(wù)器優(yōu)化方法

周 鑫，王 煜

(天津泰達(dá)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司 天津300457)

隨著HLS、Smooth Streaming等HTTP流媒體技術(shù)的不斷普及，以及用戶訪問量、訪問密度的不斷增長，視頻服務(wù)器的分發(fā)能力將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，存儲的 I/O速度便成為視頻服務(wù)器分發(fā)能力的瓶頸之一。通過對視頻服務(wù)器的存儲研究，以Microsoft IIS Media Services 4.1為例，提出了一種基于Ramdisk的多屏視頻服務(wù)器優(yōu)化方法，并討論了其可行性和適用范圍。

視頻分發(fā) RAMDISK 視頻服務(wù)器優(yōu)化 Smooth Streaming HLS

0 引 言

HLS、Smooth Streaming作為新興的、基于HTTP協(xié)議的視頻封裝格式，將流媒體以特定時間為單位(通常是幾秒)切分為很多視頻切片，每一個分片都可以被獨(dú)立解碼。這使得HLS、Smooth Streaming非常適合CDN的分發(fā)，不需要任何專門工具，CDN服務(wù)器只需緩存索引文件和視頻切片文件即可。同時，支持碼率自適應(yīng)，客戶端會根據(jù)自身性能、網(wǎng)絡(luò)狀況自動選擇碼率最合適的視頻流，條件允許的情況下會自動、無縫地切換至高碼率，網(wǎng)絡(luò)情況下降時會自動切換至低碼率，保障視頻的流暢播放。

不過，也正是因?yàn)?HLS、Smooth Streaming這兩個特點(diǎn)，給多屏視頻服務(wù)器的分發(fā)能力帶來了一些負(fù)面影響：①碎片化的文件對存儲的性能造成了一定影響，無論是寫入還是讀取都不如大文件連續(xù)，加重了硬盤的負(fù)擔(dān)，也在一定程度上影響了 I/O速度。②碼率自適應(yīng)要求一進(jìn)多出，一個節(jié)目轉(zhuǎn)多種碼率。相同節(jié)目量的情況下，多碼率的硬盤空間需求、硬盤I/O需求，通常是單碼率的兩倍以上。

為了減輕這些負(fù)面影響，人們需要對多屏視頻服務(wù)器進(jìn)行優(yōu)化。本文將通過對現(xiàn)有多屏視頻服務(wù)器的研究，對 HLS、Smooth Streaming的分發(fā)服務(wù)器的優(yōu)化進(jìn)行探索和分析。

1 優(yōu)化方法的分析

提高存儲的性能，通常有 3種方法，根據(jù)不同方法的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有多屏視頻服務(wù)器的具體情況，我們提出了基于Ramdisk的方法。

①使用固態(tài)硬盤(SSD)，可大幅提高存儲的 I/O速度，但固態(tài)硬盤的成本相對高昂，而且在碎片化文件反復(fù)讀寫的情況下，壽命會大大縮短?？紤]到本公司現(xiàn)有多屏視頻服務(wù)器的主要業(yè)務(wù)是實(shí)時流，大量視頻切片不斷被寫入和刪除，因此更換固態(tài)硬盤的優(yōu)化方案并不適用。

②在不降低數(shù)據(jù)安全性的情況下，更改提高 I/O速度的Raid級別，同時增加陣列(Raid)中硬盤數(shù)量。此方案也可以成倍增加存儲I/O速度，但存儲 I/O速度的成倍增加，是建立在硬盤成本成倍增加的條件之下，而且 HLS、Smooth Streaming大量的碎片化文件，無論是讀還是寫，反復(fù)的尋道都會對機(jī)械硬盤的壽命造成影響，因此這種優(yōu)化方案也不是最理想的。

③使用內(nèi)存虛擬硬盤技術(shù)(Ramdisk)，存儲可以擁有內(nèi)存的 I/O速度，但缺點(diǎn)是 RAM斷電后數(shù)據(jù)丟失，而且容量相對較小。考慮到現(xiàn)有多屏視頻服務(wù)器的實(shí)際情況，任何一個視頻切片在服務(wù)器存儲中的生命周期都只有幾分鐘，到期就會被刪除，視頻切片的注入和刪除達(dá)到速度上的平衡，單臺服務(wù)器存儲中的視頻切片總?cè)萘烤S持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)(大約是1,GB到2,GB)，Ramdisk的優(yōu)化方法符合現(xiàn)有多屏視頻服務(wù)器的特點(diǎn)和需求。

2 RAMDISK方法的實(shí)現(xiàn)

如圖1所示，優(yōu)化前，由轉(zhuǎn)碼設(shè)備注入的視頻切片需要存儲在硬盤中，當(dāng)終端用戶請求訪問視頻切片時，多屏服務(wù)器需要從硬盤中讀取視頻切片文件，然后再發(fā)給用戶，此外硬盤還要持續(xù)地完成失效視頻切片的刪除工作。3種碎片化的工作需要并行處理，造成了硬盤的反復(fù)尋道和讀寫，既影響硬盤工作效率，又縮短硬盤壽命。

圖1 優(yōu)化前的多屏服務(wù)器工作流程Fig.1 Working process of pre-optimized multi-screen server

如圖2所示，通過Ramdisk技術(shù)，將部分內(nèi)存虛擬成硬盤使用，用于存儲視頻切片文件。由轉(zhuǎn)碼設(shè)備注入的視頻切片實(shí)際上存儲于內(nèi)存之中，這樣一來，從視頻切片的注入、分發(fā)到刪除，整個工作流程都不再涉及硬盤，既不用考慮 I/O瓶頸，也不用考慮硬盤損耗。

3 優(yōu)化效果對比測試

3.1 優(yōu)化前后I/O指標(biāo)對比(見表1)

表1 優(yōu)化前后I/O指標(biāo)對比Tab.1 Contrast of I/O indicators before and after optimization

3.2 優(yōu)化效果實(shí)測

3.2.1 優(yōu)化前后磁盤使用率對比(見圖3、表2)

圖3 優(yōu)化前后磁盤使用率對比Fig.3 Contrast of disk usage rates before and after optimization

表2 優(yōu)化前后磁盤使用率對比Tab.2 Contrast of disk usage rates before and after optimization

3.2.2 優(yōu)化可用性測試(見圖4)

圖4 測試播放正常Fig.4 Normal play test

3.2.3 Ramdisk空間占用穩(wěn)定性測試(見圖5)

圖5 Ramdisk空間占用穩(wěn)定性測試Fig.5 Stability test of Ramdisk space occupation

4 結(jié) 語

通過指標(biāo)和實(shí)測的比較分析，優(yōu)化方案達(dá)到了預(yù)期效果，說明基于 Ramdisk的多屏視頻服務(wù)器優(yōu)化方法有較好的可行性和有效性，對實(shí)時流系統(tǒng)具有一定的指導(dǎo)意義。而對于非實(shí)時流的點(diǎn)播系統(tǒng)，如何充分利用有限的Ramdisk資源，還有待進(jìn)一步研究?！?/p>

［1］ 龔輝，徐學(xué)洲，曹榮祿. 基于 Ramdisk的全內(nèi)存式Linux系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 微機(jī)發(fā)展，2005(15)：75-77.

［2］ 吳超. 流媒體服務(wù)器在遠(yuǎn)程監(jiān)控中的應(yīng)用[J]. 港口科技，2013(8)：37-41.

［3］ 徐茂. 流媒體服務(wù)器性能調(diào)優(yōu)關(guān)鍵點(diǎn)分析[J]. 電視技術(shù)，2014，38(12)：114-116.

A RAMDISK-based Optimization Method for Multi-screen Video Servers

ZHOU Xin，WANG Yu
(TEDA Cable Television Network Co., Ltd.，Tianjin 300457，China)

With the growing popularity of HLS，Smooth Streaming and other HTTP streaming media technologies，and the increasing of visitors and access density，the distribution capability of video servers are facing serious challenges. I/O speed has become one of the bottle necks of memories. Taking video server in Microsoft IIS Media Services 4.1 as an example，this paper presents a Ramdisk-based optimization method for multi-screen video servers and discusses its feasibility and application scope.

video distribution；RAMDISK；video server optimization；Smooth Streaming；HLS

TP393.05

A

1006-8945(2015)07-0080-02

2015-06-09