【正文】 而下一幀是一個(gè)比它大的 I 幀。 兩個(gè)替代的文件組織策略 ? 作為對(duì)比，圖 98 a）中小塊的使用也會(huì)浪費(fèi)某些磁盤(pán)空間，因?yàn)樵诿恳粠淖詈笠粔K可能有一小部分未被使用。 ? 另一種選擇是填充每一磁盤(pán)塊到盡頭，將幀分裂開(kāi)使其跨越磁盤(pán)塊。這一浪費(fèi)的空間就是內(nèi)部碎片，與具有固定大小頁(yè)面的虛擬內(nèi)存系統(tǒng)中的內(nèi)部碎片相同。解決這一問(wèn)題有兩種選擇。這里仍然需要一個(gè)索引，但是這次不是幀索引而是塊索引。由于不同的幀具有不同的大小，所以在幀索引中需要有表示幀大小的字段（以塊為單位），即便對(duì)于 1KB大小的磁盤(pán)塊， 8位的字段也可以處理最大為 255KB的幀，這對(duì)于一個(gè)未壓縮 NTSC幀來(lái)說(shuō)，就算它有許多音頻軌跡也已經(jīng)足夠了。每一幀本身是一連串連續(xù)的塊，包含該幀所有的視頻、音頻和文本軌跡，如圖 98中所示。對(duì)于每秒 30幀以 4Mbps速率傳輸?shù)?MPEG2而言，幀的平均大小為 16KB，所以一個(gè)磁盤(pán)塊的大小為 1KB或 2KB工作得比較好。第一個(gè)是小塊模型，如圖 98 a）所示。同樣，對(duì)于一部電影既可以讀也可以寫(xiě)的系統(tǒng)（例如用于視頻生產(chǎn)或編輯的系統(tǒng)）來(lái)說(shuō)，使用巨大的連續(xù)文件是很困難的。類似地，如果沒(méi)有額外的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性，快進(jìn)和快倒也是不可能的?？墒撬怂械膶さ溃ㄔ趩斡脩粝到y(tǒng)上），并且不需要任何系統(tǒng)開(kāi)銷跟蹤哪一幀在磁盤(pán)上的什么地方，因?yàn)檎侩娪按娣旁谝粋€(gè)連續(xù)文件中。此處，直接跟隨第 1幀視頻的是第 1幀的各種音頻軌跡，然后是第 1幀的各種文本軌跡，根據(jù)存在多少音頻和文本軌跡，最簡(jiǎn)單的可能是在一次磁盤(pán)讀操作中讀入每一幀的全部?jī)?nèi)容，然后只將需要的部分傳輸給用戶。 在單個(gè)磁盤(pán)上存放文件 ? 然而，視頻、音頻和文本的存在是一個(gè)復(fù)雜因素，即使視頻、音頻和文本每個(gè)都存儲(chǔ)為單獨(dú)的連續(xù)文件，從視頻文件到音頻文件，再?gòu)囊纛l文件到文本文件的尋道在需要的時(shí)候還是免不了的。在視頻服務(wù)器上消除文件內(nèi)尋道的一種方法是使用連續(xù)的文件。 在單個(gè)磁盤(pán)上存放文件 ? 最為重要的要求是數(shù)據(jù)能夠以必要的速度流出到網(wǎng)絡(luò)或輸出設(shè)備上，并且沒(méi)有顫動(dòng)。它們的回放還必須滿足嚴(yán)格的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行略微的修正，這樣的設(shè)計(jì)是有可能的，即具有VCR功能的近似視頻點(diǎn)播。于是，播放最新大片可能吸引足夠的客戶，從而保證每 5分鐘開(kāi)始一個(gè)新的數(shù)據(jù)流；但是對(duì)于傳統(tǒng)經(jīng)典影片，最好還是簡(jiǎn)單地在點(diǎn)播的基礎(chǔ)上播映。 近似視頻點(diǎn)播 ? 在某種意義上，視頻點(diǎn)播如同使用出租車：一招手它就來(lái)。運(yùn)營(yíng)商必須判定人們?cè)敢獾却嚅L(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)槿藗冊(cè)敢獾却臅r(shí)間越長(zhǎng)，系統(tǒng)效率就越高，并且同時(shí)能夠被觀看的電影就越多。 2023114 51 圖 96 近似視頻點(diǎn)播以規(guī)則的間隔開(kāi)始一個(gè)新的數(shù)據(jù)流，本例中間隔 5分鐘（ 9000幀） 8 1 0 0 07 2 0 0 06 3 0 0 05 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 007 2 0 0 06 3 0 0 05 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 006 3 0 0 05 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 005 4 0 0 04 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 004 5 0 0 03 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 003 6 0 0 02 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 002 7 0 0 01 8 0 0 09 0 0 001 8 0 0 09 0 0 009 0 0 000數(shù) 據(jù) 流1234567891 0第 3 個(gè) 數(shù) 據(jù) 流 中的 第 9 0 0 0 幀 在8 : 2 0 送 出8 : 4 58 : 4 08 : 3 58 : 3 08 : 2 58 : 2 08 : 1 58 : 1 08 : 0 58 : 0 0時(shí) 間 近似視頻點(diǎn)播 ? 這里的關(guān)鍵參數(shù)是多長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)始一個(gè)數(shù)據(jù)流。在 10:00，第一個(gè)數(shù)據(jù)流終止并且再一次從第 0幀開(kāi)始。在 8:05，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)據(jù)流處于第 9000幀時(shí)，第二個(gè)數(shù)據(jù)流開(kāi)始。 近似視頻點(diǎn)播 ? 這樣做的收益是，不管存在多少客戶，對(duì)于一部 2小時(shí)的電影，只需要 24個(gè)數(shù)據(jù)流。使優(yōu)化成為可能的修改是，通知所有用戶電影只在整點(diǎn)和隨后每隔（例如） 5分鐘開(kāi)始。然而，通過(guò)對(duì)模型做一個(gè)小小的修改，就可能獲得巨大的性能改進(jìn)。第三，在常規(guī)文件，快進(jìn)文件和快倒文件之間來(lái)回切換需要額外的復(fù)雜算法。首先，需要某些額外的磁盤(pán)空間來(lái)存放額外的文件。同樣，如果這一幀不是一個(gè)I幀，客戶端的解碼進(jìn)程必須忽略所有的幀直到看見(jiàn)一個(gè) I幀。 VCR控制功能 ? 當(dāng)用戶切換回到正常速度時(shí)，必須使用相反的技巧。當(dāng)然，這一幀可能是 P幀或 B幀，但是客戶端的解碼進(jìn)程可以簡(jiǎn)單地跳過(guò)若干幀直到看見(jiàn)一個(gè) I幀。要切換到快進(jìn)模式，服務(wù)器必須判定在快進(jìn)文件中用戶當(dāng)前所在的位置?？梢宰龅氖虑槭墙⒁粋€(gè)特殊的文件，包含每隔10幀中的一幀，并且將該文件以通常的 MPEG算法進(jìn)行壓縮。 VCR控制功能 ? 總而言之，不存在容易的方法。這一方法還要求服務(wù)器了解壓縮格式，正常情況下服務(wù)器不必了解這些東西。此時(shí)，服務(wù)器可能試圖將幀解壓縮（這是正常情況下服務(wù)器不需要做的事情），判定需要哪一幀，然后每隔 10幀重新壓縮成一個(gè) I幀。 VCR控制功能 ? 克服這一難題的另一個(gè)方法是實(shí)際嘗試以 10倍的速度順序地播放文件。沒(méi)有基本幀，只有從基本幀發(fā)生的增量變化（這正是 P 幀所包含的）是無(wú)用的。 VCR控制功能 ? 對(duì)于 MPEG，由于使用 I幀、 P幀和 B幀，這一方案即使在理論上也是不能工作的。此外，音頻壓縮是獨(dú)立于視頻壓縮的，所以對(duì)于在高速模式中顯示的每一視頻幀，還必須找到正確的音頻幀（除非在高于正常速度播放時(shí)將聲音關(guān)閉）。對(duì)于便攜式攝像機(jī)的 DV磁帶，由于其每一幀都是獨(dú)立于其他幀而壓縮的，所以只要能夠快速地找到所需要的幀，使用這一策略還是有可能的。這一方法在推送型服務(wù)器和拉取型服務(wù)器上工作得同樣好。要以正常速度的 k倍運(yùn)行，只要每 k幀顯示一幀就可以了。如果沒(méi)有壓縮，那么以 10倍的速度前進(jìn)的一種方法是每 10幀只顯示一幀，以 20倍的速度前進(jìn)則要求每 20幀顯示一幀。服務(wù)器要做的全部事情就是注意到下一次要送出的幀是第 0幀。當(dāng)然，在暫停的時(shí)候可以很容易地將資源釋放，但是這引入了風(fēng)險(xiǎn)：當(dāng)用戶試圖恢復(fù)播放的時(shí)候，有可能無(wú)法重新獲得這些資源。 ? 然而，這里存在著一個(gè)復(fù)雜因素，服務(wù)器應(yīng)該為每個(gè)流出的數(shù)據(jù)流保留諸如磁盤(pán)帶寬和內(nèi)存緩沖區(qū)等資源。視頻服務(wù)器此時(shí)要做的全部事情是記住下一次要送出的是哪一幀。 2023114 41 圖 95 不同范型多媒體服務(wù)器的區(qū)別 視 頻 服 務(wù) 器 客 戶時(shí)間視 頻 服 務(wù) 器 客 戶請(qǐng)求1開(kāi)始請(qǐng)求2請(qǐng)求3塊1塊2塊3塊3塊2塊1塊4塊5a ） 拉 取 型 服 務(wù) 器 b ） 推 送 型 服 務(wù) 器 VCR控制功能 ? 大多數(shù)視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的 VCR控制功能，包括暫停、快進(jìn)和倒帶。而在傳統(tǒng)的拉取型服務(wù)器中，用戶不得不通過(guò)重復(fù)地調(diào)用 read一塊接一塊地取得數(shù)據(jù)，每調(diào)用一次可以拉取出一塊數(shù)據(jù)。如果用戶對(duì)所看的電影感到厭煩，發(fā)出 stop系統(tǒng)調(diào)用可以將數(shù)據(jù)流終止。為了讀取一個(gè)多媒體文件，用戶進(jìn)程發(fā)出 start系統(tǒng)調(diào)用，指定要讀的文件（如哪些音頻和字幕軌跡）和各種其他參數(shù)。但是，當(dāng)請(qǐng)求沒(méi)有計(jì)劃地到來(lái)并且預(yù)先沒(méi)有保留資源時(shí)，做到這一點(diǎn)是十分困難的。 多媒體文件系統(tǒng) ? 由于實(shí)時(shí)行為的需要，這一模型對(duì)于多媒體并不能很好地工作，尤其是在顯示來(lái)自遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器的多媒體文件時(shí)，該模型的工作效果更差。以后還可以發(fā)出另外的 read調(diào)用，直到進(jìn)程結(jié)束。這時(shí)，進(jìn)程可以發(fā)出read系統(tǒng)調(diào)用，提供令牌、緩沖區(qū)地址和字節(jié)計(jì)數(shù)作為參數(shù)。在傳統(tǒng)的文件 I/O系統(tǒng)中，進(jìn)程要訪問(wèn)一個(gè)文件時(shí)，首先要發(fā)出open系統(tǒng)調(diào)用。因而，在一個(gè)實(shí)際的視頻服務(wù)器中，如果CPU利用率低于 RMS限度，可以使用 RMS，否則，應(yīng)該選擇 EDF。在第二個(gè)例子中， CPU利用率如此之高（ ），根本不存在 RMS能夠工作的希望。在第一個(gè)例子中， CPU利用率為 RMS工作正常，但那只不過(guò)是幸運(yùn)罷了。隨著m →∞ ，最大利用率逼近 ln2。 最早最終時(shí)限優(yōu)先調(diào)度 ? 根本上，使用靜態(tài)優(yōu)先級(jí)只有在 CPU的利用率不太高的時(shí)候才能工作。由于所有開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間都是 5ms的倍數(shù)，所以間隙將是 5ms。 最早最終時(shí)限優(yōu)先調(diào)度 ? 在圖 94所示的例子中，直到 t = 150， CPU都是 100％被占用的。 A的最終時(shí)限與當(dāng)前進(jìn)程相同（同為 120），所以調(diào)度程序面臨搶占與否的選擇。這就不同于 RMS，在 RMS中 A由于較高的優(yōu)先級(jí)而成為贏家。當(dāng) t = 30時(shí)，在 A2和 C1之間存在競(jìng)爭(zhēng)。 RMS失敗。這一次，進(jìn)程 B直到 t = 30才結(jié)束，在這一時(shí)刻，進(jìn)程 A再次就緒要運(yùn)行。 CPU只留下了 25%，但是在理論上 CPU并沒(méi)有被超額預(yù)定，找到一個(gè)合理的調(diào)度應(yīng)該是可能的。 2023114 32 圖 94 以 RMS和 EDF進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度的另一個(gè)例子 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0CBAC 1B 1A 1C 2 C 3B 2 B 3 B 4A 2 A 3 A 4 A 5時(shí) 間 （ m s ）A 1 B 1 A 2 B 2失 敗R M SA 1 B 1 C 1 A 2 B 2 A 3 C 2 B 3 A 4 C 3 A 5 B 4E D F 最早最終時(shí)限優(yōu)先調(diào)度 ? 在這個(gè)例子中，進(jìn)程 A、 B和 C的周期與前面的例子相同，但是現(xiàn)在 A每次突發(fā)需要 15ms的 CPU時(shí)間，而不是只有10ms。調(diào)度程序可以合理地選擇其中任何一個(gè)運(yùn)行，但是由于搶占 B具有某些非零的代價(jià)與之相聯(lián)系，所以最好是讓 B繼續(xù)運(yùn)行，而不去承擔(dān)切換的代價(jià)。直到 t = 90，選擇都與 RMS相同。最初所有三個(gè)進(jìn)程都是就緒的，它們按其最終時(shí)限的次序運(yùn)行。如果是這樣，新的進(jìn)程就搶占當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。 EDF算法運(yùn)行列表中的第一個(gè)進(jìn)程，也就是具有最近最終時(shí)限的進(jìn)程。只要一個(gè)進(jìn)程需要 CPU時(shí)間，它就宣布它的到來(lái)和最終時(shí)限。 EDF是一個(gè)動(dòng)態(tài)算法，它不像速率單調(diào)算法那樣要求進(jìn)程是周期性的。在這一時(shí)刻，系統(tǒng)可以在結(jié)束進(jìn)程 B或者開(kāi)始進(jìn)程 C之間進(jìn)行選擇，所以它選擇優(yōu)先級(jí)最高的進(jìn)程 B。 ? 在 t = 80時(shí)，進(jìn)程 B就緒并開(kāi)始運(yùn)行。合起來(lái)，這些進(jìn)程運(yùn)行花費(fèi)了 30ms時(shí)間，所以當(dāng) C完成的時(shí)候，正是 A 再次運(yùn)行的時(shí)候。 2023114 27 圖 93 RMS和 EDF實(shí)時(shí)調(diào)度的一個(gè)例子 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0CBAC 1B 1A 1C 2 C 3B 2 B 3 B 4A 2 A 3 A 4 A 5時(shí) 間 （ m s ）A 1 B 1R M SA 1 B 1 C 1 A 2 B 2 A 3 B 3 A 4 C 3 A 5 B 4E D FC 1 A 2 B 2 C 2 A 3 B 3 A 4 C 3 A 5 B 4C 2 速率單調(diào)調(diào)度 ? 在圖 93中，最初所有三個(gè)進(jìn)程都就緒要運(yùn)行，優(yōu)先級(jí)最高的進(jìn)程 A被選中，并準(zhǔn)許它運(yùn)行直到它在 10ms時(shí)完成，如圖 93中的 RMS一行所示。進(jìn)程 B可以搶占 C，但不能搶占 A。 速率單調(diào)調(diào)度 ? 圖 93演示了圖 92所示例子中速率單調(diào)調(diào)度是如何工作的。在運(yùn)行時(shí)，調(diào)度程序總是運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的就緒進(jìn)程，如果需要?jiǎng)t搶占正在運(yùn)行的進(jìn)程。例如，必須每 30ms運(yùn)行一次（每