流媒體服務(wù)器大比拼

流媒體服務(wù)器大比拼

網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)在最近已經(jīng)成為非常熱門的一個(gè)話題，無論是電信、廣電、還是新興的ISP/ICP部門都對(duì)此非常關(guān)注，眾多的廠商和技術(shù)機(jī)構(gòu)都對(duì)此投入了比較深入的研究，國內(nèi)運(yùn)營商早在1996年開始就進(jìn)行了有關(guān)VOD實(shí)驗(yàn)，目前其技術(shù)已經(jīng)成熟，一旦有關(guān)運(yùn)營的游戲規(guī)則制定，寬帶用戶接入全面鋪開，網(wǎng)絡(luò)流媒體應(yīng)用將在短時(shí)間內(nèi)掀起多媒體應(yīng)用的颶風(fēng)。為此，天極服務(wù)器欄目特地策劃了運(yùn)營級(jí)網(wǎng)絡(luò)視頻流服務(wù)器系列專題，從介紹運(yùn)營級(jí)網(wǎng)絡(luò)視頻流服務(wù)器（以下簡稱視頻服務(wù)器）的結(jié)構(gòu)入手，分別介紹有線網(wǎng)絡(luò)（HFC）、ATM網(wǎng)絡(luò)、IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營級(jí)流媒體服務(wù)的綜合解決方案，最后對(duì)國內(nèi)目前視頻服務(wù)器做了評(píng)述。本文是此系列專題的最后一篇，主要介紹了目前主流流媒體服務(wù)器并對(duì)這些產(chǎn)品的各方面做了比較。

　　目前，高性能的流媒體服務(wù)器有美國nCUBE公司的nCUBE4，SGI公司的Origin2000和Origin3000系列，以及并行（Concurrent）公司的MediaHawk2000，以下從體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)性能，系統(tǒng)流媒體應(yīng)用的參數(shù)指標(biāo)等方面對(duì)它們進(jìn)行比較，最后給出了各款產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)分，以便大家對(duì)其綜合性能有一個(gè)粗略的了解。

常見流媒體服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)比較

1.1 nCUBE4

　　nCUBE4是美國nCUBE公司在1999年秋季推出的第三代流媒體服務(wù)器產(chǎn)品，由于其第二代流媒體服務(wù)器nCUBE3(MediaCUBE系列)已經(jīng)停產(chǎn)，這里不再介紹，有關(guān)介紹可參考前面HFC網(wǎng)絡(luò)流媒體解決方案中的說明，這里只介紹nCUBE4。

　　 nCUBE4采用了單節(jié)點(diǎn)機(jī)箱型設(shè)計(jì),每個(gè)機(jī)箱是一個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，稱為MediaHUB，每個(gè)MediaHUB內(nèi)部有一個(gè)PII CPU,4條Ultra2SCSI存儲(chǔ)總線，5個(gè)用于外部網(wǎng)絡(luò)吞吐的PCI網(wǎng)卡插槽，可配置IP,ATM和DVB-ASI網(wǎng)卡，一個(gè)專門用于節(jié)點(diǎn)間互連的向量加速處理（HAVOC）芯片，這個(gè)芯片就相當(dāng)于用于節(jié)點(diǎn)互連的路由器（Router），該芯片掛在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的PCI總線上，并有8條全雙工1Gbps的鏈路用于連接其它節(jié)點(diǎn)上的HAVOC，各個(gè)HAVOC之間的互連采用超立方體(Hypercube)連接方式，最高可達(dá)到8維超立方體結(jié)構(gòu)，共計(jì)2**8=256個(gè)節(jié)點(diǎn)（MediaHUB）的規(guī)模。圖1給出了32個(gè)節(jié)點(diǎn)（5維）情況下的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖，一個(gè)路由器掛一個(gè)節(jié)點(diǎn)，圖中僅畫出了向量處理芯片(HAVOC)部分，其上連接的節(jié)點(diǎn)省略。

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　　 圖1：32個(gè)節(jié)點(diǎn)的nCUBE4拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖

　　 所有的節(jié)點(diǎn)采用MPP方式互連，MPP方式使系統(tǒng)具有很高的可擴(kuò)展性，由于其MPP是采用多地址空間的完全分布式系統(tǒng)，因此系統(tǒng)可編程性能變得比較差。nCUBE服務(wù)器從其工作行為來看應(yīng)屬于多計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu),屬于大規(guī)模并行處理計(jì)算機(jī)（MPP），這種結(jié)構(gòu)的并行計(jì)算機(jī)就像多個(gè)計(jì)算機(jī)（節(jié)點(diǎn)）通過一個(gè)無阻塞交換式互連網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)節(jié)點(diǎn)集合，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以完成所有的應(yīng)用功能（全職功能），但也可以根據(jù)需要完成某些特定的功能，如系統(tǒng)引導(dǎo)，重新啟動(dòng)，特定的I/O功能等，節(jié)點(diǎn)內(nèi)部（局部）的內(nèi)存、I/O可直接訪問、但節(jié)點(diǎn)之間（全局）的內(nèi)存、I/O不可直接訪問，節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)存和I/O訪問通過特定的通信協(xié)議進(jìn)行交互。這種計(jì)算機(jī)通過任務(wù)平均分?jǐn)偟臋C(jī)制實(shí)現(xiàn)了集中式調(diào)度管理和分布式任務(wù)處理，使得任何應(yīng)用都被極為平均的分?jǐn)偟礁鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)上去完成。

　　nCUBE的系統(tǒng)軟件是其自身開發(fā)的基于u9fs文件系統(tǒng)的Transit操作系統(tǒng),用于系統(tǒng)中非視頻文件的訪問和對(duì)視頻播放進(jìn)程的管理。.該系統(tǒng)是基于AT&T的Plan 9派生出來的,是類UNIX操作系統(tǒng)，所有的指令都幾乎和傳統(tǒng)的Unix雷同。Transit是一個(gè)輕量級(jí)的并行操作系統(tǒng)，具有最小化的內(nèi)存消耗,nCUBE公司專門對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了面向視頻應(yīng)用的優(yōu)化，使得Transit成為了一個(gè)量身定制的系統(tǒng),顯得很小,這也使得系統(tǒng)對(duì)硬件資源的消耗可以最大限度的降低.這也為系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性提供了更高的保障.

　　Transit提供了一個(gè)超文本的系統(tǒng)設(shè)置界面和在線系統(tǒng)幫助,使得系統(tǒng)配置顯得十分簡單和方便!

　　Transit具有以下特征:

　　 (1) 流水線化的內(nèi)部代碼路徑

　　 (2) HyperCube通信驅(qū)動(dòng)軟件

　　 (3) 硬件級(jí)別的算法優(yōu)化

　　 (4) 類 Unix操作環(huán)境

　　 (5) 專門針對(duì)視頻的應(yīng)用優(yōu)化

　　 (6) 可靠性和高性能

　　nCUBE使用了Oracle Video Server(OVS, Version3.1)作為視頻播放軟件,提供了大范圍

　　增強(qiáng)性特征，如簡化的啟動(dòng)和系統(tǒng)管理，完全的VCR控制支持，專門的可視化瀏覽和Oracle8I進(jìn)行了完美的集成，還有專門的實(shí)時(shí)RAID技術(shù)和DVB支持，以及健壯的為分發(fā)成百上千個(gè)并發(fā)視頻流而設(shè)計(jì)的解決方案。nCUBE具有在OVS上進(jìn)行5000個(gè)并發(fā)流實(shí)際運(yùn)行超過72小時(shí)的測試經(jīng)驗(yàn)。

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1.2 SGI Origin

　　 SGI的Origin系列服務(wù)器是在其收購了Cray公司之后，兩強(qiáng)聯(lián)手的力作，這一款產(chǎn)品是將SGI公司的卓越的圖形處理能力和Cray的并行互連技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。這一款產(chǎn)品推出后的不久，SGI公司又推出了積木化（Brick）設(shè)計(jì)的Origin3000系列，這兩款高性能服務(wù)器都可以作為流媒體服務(wù)器使用，以下分別介紹其體系結(jié)構(gòu)。

　?。?） Origin2000系列

　　Origin2000和nCUBE4在結(jié)構(gòu)上有一些類似，但有部分差異，Origin2000的節(jié)點(diǎn)采用了雙CPU設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)采用了X-bar交換式總線設(shè)計(jì)，如圖2所示：?
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　圖2：Origin2000,3000節(jié)點(diǎn)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于Origin2000，一個(gè)節(jié)點(diǎn)就相當(dāng)于兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)，節(jié)點(diǎn)間的互連和nCUBE的節(jié)點(diǎn)間互連方式不同，nCUBE4有8個(gè)端口用于互連，Origin2000的路由器只有6個(gè)端口，其中2個(gè)用于連接節(jié)點(diǎn)，只有4個(gè)可以用于互連，這種路由器之間的互連被SGI稱為CrayLink，此外Origin2000還有一種路由器專門用來進(jìn)行路由器之間的互連，稱為中間路由器(Meta-router)，具有4個(gè)端口，兩款路由器每個(gè)端口的帶寬為全雙工1.6GB（采用HiPPI6400互連標(biāo)準(zhǔn)），每個(gè)方向?yàn)?00MB。所有的路由器的連接和nCUBE有微細(xì)的差別，在0~4維時(shí)都是超立方體結(jié)構(gòu)，但在第5維開始，Origin2000采用了厚超立方體結(jié)構(gòu)，如圖3所示：?
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　　圖3：64節(jié)點(diǎn)（128CPU）的Origin2000拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖

　　圖中與節(jié)點(diǎn)相接的路由器有32個(gè)，而中間路由器有8個(gè)，這種厚超立方體結(jié)構(gòu)是SGI與nCUBE體系結(jié)構(gòu)細(xì)微差別的地方,可以看出，SGI的設(shè)計(jì)比nCUBE更加密集。

　　在節(jié)點(diǎn)物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，SGI采用了將4個(gè)節(jié)點(diǎn)（8CPU）為一個(gè)機(jī)柜/臺(tái)式單元的設(shè)計(jì)，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)有1.6GB的系統(tǒng)存儲(chǔ)帶寬用于連接I/O設(shè)備，每兩個(gè)節(jié)點(diǎn)公用6個(gè)XIO設(shè)備（用于HiPPI到PCI 32/64總線或VME總線轉(zhuǎn)換的適配），整個(gè)機(jī)柜單元有12個(gè)XIO插槽，用于插網(wǎng)卡或存儲(chǔ)設(shè)備卡。

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（2） Origin3000系列

　　 Origin3000系列的體系結(jié)構(gòu)在origin2000的基礎(chǔ)上進(jìn)行了革命性的設(shè)計(jì)，將CPU,存儲(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)輸出，XIO到PCI/VME的轉(zhuǎn)換，以及內(nèi)部節(jié)點(diǎn)間互連設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)功能單元，系統(tǒng)可根據(jù)用戶的需求任意定制，這就是積木式結(jié)構(gòu)，有以下幾種積木式結(jié)構(gòu)單元：

　　R-Brick: 路由器模塊，提供6端，8端，4端3種型號(hào)的路由器，4端口的路由器是用于路由器之間進(jìn)行互連的中間路由器，每個(gè)路由器端口的速率為全雙工3.2GB，這將Origin2000的路由器端口性能提高了一倍。

　　C-Bricks: 處理器（CPU）模塊，可插2或4片R12000或R14000處理器，提供4個(gè)內(nèi)存插槽，支持512M,1G,2G 3種內(nèi)存條，支持4路插頁式內(nèi)存組織，整個(gè)模塊有3.2GB的內(nèi)存通信速率。

　　I-Brick: 輸入輸出(I/O)模塊，提供2個(gè)USB和100Base-T接口，1個(gè)IEEE1394和串口，一個(gè)FC通道，用于磁盤驅(qū)動(dòng)器的接口，提供2個(gè)66M(64位)和3個(gè)33M（64位）的PCI總線插槽,總帶寬2.4GB/s。

　　P-Brick::PCI擴(kuò)展模塊，提供12個(gè)66M(64位)的PCI總線插槽，帶寬峰值為3.1GB/s.

　　XIO-Brick: HiPPI適配插槽，提供4個(gè)XIO槽，總帶寬1.6GB/s

　　D-Brick: 存儲(chǔ)模塊，具有66Mhz的1Gb帶寬的FC通道，支持SAN，可接12個(gè)3.5’’磁盤，存儲(chǔ)帶寬為200MB,單盤磁盤容量為18,36,73GB

　　G-Brick: 圖形處理模塊，用于圖形處理工作站onyx3000系列，這是用于SGI的圖形處理服務(wù)器，與流媒體服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)系不大。

　　Origin3000采用了更高密度的節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)，內(nèi)部總線的設(shè)計(jì)和Origin2000類似，但總線帶寬除了用于I/O處理的XIO部分是2.4GB/s以外，其余的帶寬都變?yōu)镺rigin2000的兩倍，達(dá)到3.2GB/s，如圖2右上圖所示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置了4片CPU，同時(shí)將4個(gè)節(jié)點(diǎn)連接在一個(gè)路由器上，Origin3000的路由器增加了一款8個(gè)端口的路由器，其中4個(gè)用于連接節(jié)點(diǎn)，有4個(gè)可以用于互連，用于路由器之間的互連SGI稱為NUMALink，此外Origin3000同樣有一種路由器專門用來進(jìn)行路由器之間的互連，稱為中間路由器(Meta-router)，具有4個(gè)端口，兩款路由器每個(gè)端口的帶寬為全雙工3.2GB（采用HiPPI6400互連標(biāo)準(zhǔn)），每個(gè)方向?yàn)?.6GB。所有的路由器的連接和nCUBE有微細(xì)的差別，在0~4維時(shí)都是超立方體結(jié)構(gòu)，但在第5維開始，Origin3000采用了厚超立方體結(jié)構(gòu)，如圖4所示：

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圖4：128節(jié)點(diǎn)（512CPU）的Origin3000系統(tǒng)拓補(bǔ)圖

　　 Origin的體系結(jié)構(gòu)促使SGI開發(fā)出了順應(yīng)SMP結(jié)構(gòu)的可編程性好，也同時(shí)體現(xiàn)其多處理器結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的特性的內(nèi)存組織結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就是分布式共享內(nèi)存（DSM）ccNUMA體系結(jié)構(gòu)，在基于ccNUMA的Origin系統(tǒng)中，分布式內(nèi)存相連接形成單一內(nèi)存，內(nèi)存與內(nèi)存之間沒有頁面復(fù)制或數(shù)據(jù)復(fù)制，也沒有軟件消息傳送。ccNUMA只有一個(gè)單一內(nèi)存空間，存儲(chǔ)部件利用硬件進(jìn)行物理連接，這樣一來，整個(gè)系統(tǒng)具有所有內(nèi)存直接尋址，所有I/O直接尋址的功能特性。系統(tǒng)不需要軟件來保持多個(gè)數(shù)據(jù)拷貝的一致性，也不需要軟件來實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。,ccNUMA結(jié)構(gòu)必須解決高速緩存的一致性問題，因?yàn)樗袃?nèi)存都被當(dāng)作一個(gè)邏輯上的全局內(nèi)存來處理,而這個(gè)內(nèi)存可以被所有的CPU訪問,因此必然要處理內(nèi)存訪問沖突的問題,這就需要一種全局內(nèi)存管理機(jī)制，即需要一段專門的內(nèi)存用來維持高速緩存目錄的一致性?？偟膩碚f，分布式共享內(nèi)存通過附加的解決訪問沖突的內(nèi)存開銷和通信協(xié)議,換來了極大的內(nèi)存訪問靈活性,使得內(nèi)存對(duì)CPU來說是完全可訪問的,CPU不用太多關(guān)心內(nèi)存的實(shí)際物理位置(在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)),這種全局可尋址特性使得資源可以在不通過復(fù)制的情況下就被訪問，帶來了極大的編程靈活性，將SMP的編程性好的特點(diǎn)和MPP的可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)結(jié)合在一起，而將SMP可擴(kuò)展性差和MPP可編程性差的弱點(diǎn)丟棄，這就是可擴(kuò)展對(duì)稱多處理機(jī)結(jié)構(gòu)（SSMP）。

　　 SGI的系統(tǒng)軟件是其自己開發(fā)的基于xfs文件系統(tǒng)的IRIX6.5，IRIX是一種UNIX操作系統(tǒng)的版本，最初IRIX是SGI為其圖形工作站而設(shè)計(jì)，為將IRIX移植到Origin上，SGI特意為IRIX做了并行化處理等許多工作，同時(shí)也去掉了其用于圖形處理的許多功能，但不管怎么說，IRIX是一個(gè)很龐大的系統(tǒng)，由于其面向通用目的的特性，在某些專門的應(yīng)用中實(shí)際上順帶引入了很多額外的資源開銷，造成了部分硬件資源的不必要浪費(fèi)。

　　SGI最初自行開發(fā)了一款流媒體服務(wù)軟件MediaBase，但從使用效果來看，MediaBase遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有將其硬件性能發(fā)揮出來，市場和用戶的反映也不是很好，因此，SGI在最近也將視頻流播放軟件全面轉(zhuǎn)向了OVS，和nCUBE不同的是，SGI是集成的ThirdSpace公司的OVS視頻播放軟件，因此，從軟件上說，兩家公司已經(jīng)走到同一起跑線上了，但Third Space公司的OVS和nCUBE公司的OVS都是從Oracle公司購買得到的，兩者的性能優(yōu)劣目前還沒有定論。

1.3 MediaHawk2000

　　MediaHawk2000是美國并行公司推出的部門級(jí)流媒體服務(wù)器，盡管并行公司有悠久的歷史，但其計(jì)算機(jī)離超級(jí)計(jì)算機(jī)還有很長的距離，所以其服務(wù)器僅僅是基于工作站的服務(wù)器，其MediaHwak是基于SMP體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，采用模塊化設(shè)計(jì)，一個(gè)服務(wù)器單元稱為交互式視頻模塊（IVM），每個(gè)模塊帶自己的CPU，以及網(wǎng)絡(luò)輸出接口，稱為一個(gè)數(shù)字視頻組(VA)，每個(gè)IVM可具有存儲(chǔ)通道，用于連接磁盤陣列。兩個(gè)VA的組合稱為DVA。在組建更大的系統(tǒng)時(shí)，就需要多個(gè)獨(dú)立的DVA/VA進(jìn)行疊加，這些DVA/VA之間通過100M以太網(wǎng)連接，用TCP/IP方式通信和交換數(shù)據(jù)，是一種完全松散的系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)，DVA之間的數(shù)據(jù)沒有實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)級(jí)共享。Mediahawk2000的體系結(jié)構(gòu)如圖5所示：

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圖5：MediaHawk2000的結(jié)構(gòu)

　　 MediaHawk2000系統(tǒng)軟件采用專門的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，視頻應(yīng)用軟件也是自己開發(fā)，其服務(wù)器視頻播放軟件的獨(dú)特之處就實(shí)支持可變幀大?。╒FS）技術(shù)，支持變位速率(VBR)編碼數(shù)據(jù)以降低消耗并提供連續(xù)的視頻流。MediaHawk視頻服務(wù)軟件包括MediaHawk Video Pump（視頻泵）用于從磁盤讀取視頻數(shù)據(jù)向前端網(wǎng)絡(luò)輸出，包括MediaHawk Video Manager用于控制視頻流分配到各個(gè)Video Pump上去。

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1.4 體系結(jié)構(gòu)點(diǎn)評(píng)

　　 nCUBE公司和SGI公司的流媒體服務(wù)器都代表了未來運(yùn)營級(jí)流媒體應(yīng)用的方向，不同的是，nCUBE公司的系統(tǒng)是一個(gè)專門為流媒體系統(tǒng)定制的系統(tǒng)，而SGI的服務(wù)器除了流媒體應(yīng)用外，還可以用于事務(wù)處理和科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，對(duì)并行公司的服務(wù)器而言，由于是SMP體系結(jié)構(gòu)，并采用松散耦合，基于SMP部門級(jí)應(yīng)用的定位，其服務(wù)器不適宜作大規(guī)模應(yīng)用的組網(wǎng)，就體系結(jié)構(gòu)而言，以下是對(duì)這幾款服務(wù)器的印象評(píng)分：

　　nCUBE4： ★★★★★

　　SGI Origin2000：★★★★★

　　SGI Origin3000：★★★★★

　　MediaHawk：★★★