【正文】 秒33次）的進(jìn)程獲得的優(yōu)先級為 33，必須每 40ms運(yùn)行一次（每秒 25次）的進(jìn)程獲得的優(yōu)先級為 25，必須每 50ms運(yùn)行一次（每秒 20次）的進(jìn)程獲得的優(yōu)先級為 20。當(dāng)然，最后一個不是，但是該條件使系統(tǒng)建模更加容易。 – 5）進(jìn)程搶占即刻發(fā)生而沒有系統(tǒng)開銷。 – 3）每一進(jìn)程在一次突發(fā)中需要相同的 CPU時間量。 速率單調(diào)調(diào)度 ? 適用于可搶占的周期性進(jìn)程的經(jīng)典靜態(tài)實(shí)時調(diào)度算法是速率單調(diào)調(diào)度（ Rate Monotonic Scheduling， RMS），它可以用于滿足下列條件的進(jìn)程： – 1）每個周期性進(jìn)程必須在其周期內(nèi)完成。靜態(tài)算法預(yù)先分配給每個進(jìn)程一個固定的優(yōu)先級，然后使用這些優(yōu)先級做基于優(yōu)先級的搶占調(diào)度。唯一要關(guān)心的是如果傳輸緩沖區(qū)在很少的幾個突發(fā)中被填充，那么在最終時限到來之前該緩沖區(qū)應(yīng)該是完全滿的，這樣它就可以在一次操作中傳遞給用戶，否則就會引起顫動。這一行為只不過是多道程序設(shè)計。 一般實(shí)時調(diào)度 ? 在某些實(shí)時系統(tǒng)中，進(jìn)程是可搶占的，在其他的系統(tǒng)中，進(jìn)程是不可搶占的。然而，將音頻進(jìn)程加入到系統(tǒng)中并沒有改變一般模型，因?yàn)槲覀兊娜考僭O(shè)是存在 m個進(jìn)程。 一般實(shí)時調(diào)度 ? 到目前為止我們假設(shè)每個影片流有一個進(jìn)程，實(shí)際上，每個影片流可能有兩個甚至更多個進(jìn)程，例如一個用于音頻一個用于視頻。每一幀的計算時間如圖 92中所示，進(jìn)程 B為 15ms，進(jìn)程 C為 5ms，沒有使它們都具有相同的時間只是為了使調(diào)度問題更加一般化。每個 CPU突發(fā)處理一幀并且具有一個最終時限：它必須在下一個突發(fā)開始之前完成。進(jìn)程 A每 30ms運(yùn)行一次（近似 NTSC制式速度），每一幀需要 10ms的 CPU時間。多個相互競爭的進(jìn)程，其中若干進(jìn)程或全部進(jìn)程具有必須滿足的最終時限的調(diào)度就是實(shí)時調(diào)度。 ? 這些考慮導(dǎo)致一個不同的模型：多個進(jìn)程競爭 CPU，每個進(jìn)程有自己的工作量和最終時限。 一般實(shí)時調(diào)度 ? 隨著用戶的數(shù)目不斷變化，由于視頻壓縮的本性（ I幀比 P幀或 B幀大得多），幀的大小劇烈變化，并且不同的電影可能有不同的分辨率。當(dāng)主控時鐘再次滴答時，所有的進(jìn)程再次以相同的次序運(yùn)行。在時鐘的每一滴答，所有的進(jìn)程以相同的次序相繼運(yùn)行。將調(diào)度算法標(biāo)準(zhǔn)化的唯一的額外要求是定時機(jī)制，以確保每一進(jìn)程以恰當(dāng)?shù)念l率運(yùn)行。對每一部電影，存在一個進(jìn)程（或線程），其工作是每次從磁盤中讀取電影的一幀然后將該幀傳送給用戶。 調(diào)度同質(zhì)進(jìn)程 ? 最簡單的一種視頻服務(wù)器可以支持顯示固定數(shù)目的電影，所有電影使用相同的幀率、視頻分辨率、數(shù)據(jù)率以及其他參數(shù)。因此，多媒體服務(wù)器需要有資源預(yù)留方案和進(jìn)入控制算法，以判定什么時候能夠處理更多的任務(wù)。 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 提供服務(wù)質(zhì)量保證的最常見的方法是預(yù)先為每一個新到的客戶預(yù)留資源，包括 CPU、內(nèi)存緩沖區(qū)、磁盤傳輸容量以及網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果圖 91中的分布式網(wǎng)絡(luò)均勻地將所有的位淮確地延遲 5s，電影將開始得稍稍晚一些，但是看起來卻不錯。傳輸率的變動稱為顫動，必須嚴(yán)格限制顫動以獲得良好的性能。幀必須分別以 40ms的精確時間間隔傳輸，否則電影看起來將會有起伏。數(shù)字電影的視頻部分每秒包含某一數(shù)目的幀。還需要注意的是，沒有數(shù)據(jù)壓縮，目前的硬件不可能跟上這樣的數(shù)據(jù)率。例如，一部未壓縮的 2小時長的HDTV電影將填滿一個 570GB的文件。表 91列舉了幾種數(shù)字多媒體源和某些常見硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)率。 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 高數(shù)據(jù)率來自視覺與聽覺信息的本性。對于桌面視頻編輯系統(tǒng)而言，所有的進(jìn)程都運(yùn)行在相同的計算機(jī)上，分別發(fā)揮著服務(wù)器和客戶的作用。不管共用的是機(jī)頂盒還是個人計算機(jī)，在解碼并顯示電影的用戶端，我們通常都要區(qū)分視頻服務(wù)器和客戶機(jī)進(jìn)程。 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 用戶也可以使用現(xiàn)有的 PC機(jī)并且在顯示器上顯示電影。機(jī)頂盒實(shí)際上就是一臺計算機(jī)，只不過其中包含特殊的芯片用于視頻解碼和解壓縮。不過，為了與有線電視競爭，電話公司正在為住戶鋪設(shè)光纜，這樣，光纜上的 ADSL將比電視電纜有更大的帶寬。 ADSL的優(yōu)點(diǎn)是為每個用戶提供了專用數(shù)據(jù)通道，因此帶寬有保證，但是由于現(xiàn)有電話線的局限其帶寬比較低（只有幾 Mb/s）。 ADSL系統(tǒng)是由電話公司經(jīng)營的，在ADSL系統(tǒng)中，現(xiàn)有的雙絞電話線提供了最后一公里的數(shù)據(jù)傳輸。 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 用戶和視頻服務(wù)器之間的分布式網(wǎng)絡(luò)必須能夠高速實(shí)時地傳輸數(shù)據(jù)。 2023114 4 圖 91 視頻點(diǎn)播使用不同的本地分布技術(shù) ∞ 分 布 式 網(wǎng) 絡(luò)光 纖視 頻 服 務(wù) 器同 軸 電 纜匯 接 盒 分 布 式 網(wǎng) 絡(luò)光 纖視 頻 服 務(wù) 器匯 接 盒∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞住 房銅 雙 絞 線a ） A D S Lb ） 有 線 電 視 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 視頻服務(wù)器是一臺功能強(qiáng)大的計算機(jī)，在其文件系統(tǒng)中存放著許多電影，并且可以按照點(diǎn)播請求回放這些電影。視頻點(diǎn)播是重要的多媒體技術(shù)，這意味著消費(fèi)者能夠在家中使用電視遙控器（或鼠標(biāo)）選擇電影，并且立刻將其在電視機(jī)（或計算機(jī)顯示器）上顯示出來。不僅如此，保存與回放音頻和視頻同樣給操作系統(tǒng)及其調(diào)度程序提出了新的和更高的要求。音頻和視頻文件的特征與傳統(tǒng)的文本文件存在很大的差異，而目前計算機(jī)的文件系統(tǒng)最初卻是為文本文件設(shè)計的。多媒體技術(shù)與應(yīng)用 ? 第 3章 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) ? 第 4章 數(shù)據(jù)存儲技術(shù) ? 第 5章 數(shù)字音頻技術(shù) ? 第 6章 數(shù)字圖形圖像技術(shù) ? 第 7章 數(shù)字視頻技術(shù) ? 第 8章 網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù) ? 第 9章 多媒體操作系統(tǒng) 第 9章 多媒體操作系統(tǒng) ? 數(shù)字電影、視頻剪輯和音樂正在日益成為用計算機(jī)表示信息和進(jìn)行消遣娛樂的常用方式。音頻和視頻文件通常保存在磁盤上，在需要的時候進(jìn)行回放。因此，需要設(shè)計新的文件系統(tǒng)來處理音頻和視頻文件。 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 通常，多媒體編輯系統(tǒng)需要在支持多媒體的操作系統(tǒng)上運(yùn)行，以獲得最好的性能。視頻點(diǎn)播要求基于特殊的基礎(chǔ)設(shè)施，圖 91所示為兩種可能的視頻點(diǎn)播基礎(chǔ)設(shè)施，每種都包含三個基本的組件：一個或多個視頻服務(wù)器、一個分布式網(wǎng)絡(luò)以及一個在每個房間中用來對信號進(jìn)行解碼的機(jī)頂盒。大型機(jī)有時用來作為視頻服務(wù)器，因?yàn)榇笮蜋C(jī)連接 1000個大容量的磁盤是一件輕而易舉的事情。分布式網(wǎng)絡(luò)總是使用光纖從視頻服務(wù)器連接到客戶居住點(diǎn)的匯接盒。有線電視是由有線電視公司經(jīng)營的，在有線電視系統(tǒng)中，現(xiàn)有的有線電視電纜用于信號的本地分送。 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 有線電視使用高帶寬的同軸電纜，帶寬可以達(dá)到幾 Gb/s，但是許多用戶必須共享相同的電纜，從而導(dǎo)致競爭，對于每個用戶來說帶寬沒有保證。 ? 系統(tǒng)的最后一部分是機(jī)頂盒，這是 ADSL或電視電纜終結(jié)的地方。機(jī)頂盒最少要包含 CPU、RAM、 ROM、與 ADSL或電視電纜的接口，以及用于跟電視機(jī)連接的端子。從技術(shù)角度看，使用個人計算機(jī)代替機(jī)頂盒更有道理，因?yàn)橛嬎銠C(jī)的功能更加強(qiáng)大，擁有大容量的磁盤，并且擁有更高分辨率的顯示器。然而，以系統(tǒng)設(shè)計的觀點(diǎn)，客戶機(jī)進(jìn)程是在機(jī)頂盒上運(yùn)行還是在 PC機(jī)上運(yùn)行并沒有太大的關(guān)系。 ? 多媒體處理具有兩個關(guān)鍵的特征，即多媒體使用極高的數(shù)據(jù)率和多媒體要求實(shí)時回放。眼睛和耳朵每秒可以處理巨大數(shù)量的信息，必須以這樣的速率為眼睛和耳朵提供信息才能產(chǎn)生可以接受的觀察體驗(yàn)。需要注意的是，多媒體需要的數(shù)據(jù)率越高，則越需要進(jìn)行壓縮，并且需要的存儲量也就越大。存放 1000部這種電影的視頻服務(wù)器需要 570TB的磁盤空間，按照目前的標(biāo)準(zhǔn)這可是難以想象的數(shù)量。 2023114 10 表 91 某些多媒體和高性能 I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)率 （ 1Mbps = 106位 /秒， 1GB = 230字節(jié)） 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 多媒體對系統(tǒng)提出的第二個要求是需要實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸。北美、南美和日本采用的 NTSC制式每秒包含 30幀（實(shí)際為 ），世界上其他大部分地區(qū)采用的 PAL和 SECAM制式每秒包含25幀（ ）。 視頻剪輯與點(diǎn)播 ? 耳朵比眼睛更加敏感，傳輸時間中即使存在幾毫秒的變動也會被察覺到。注意，顫動不同于延遲。但從另一方面來說，如果分布式網(wǎng)絡(luò)在 100~200ms之間隨機(jī)地延遲各幀，那就會明顯影響播放質(zhì)量。如果一位新的客戶到來并且想觀看一部電影，但是視頻服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)計算出不具有為另一位客戶提供服務(wù)的容量，那么它將拒絕新的客戶，以避免降低向當(dāng)前客戶提供的服務(wù)質(zhì)量。 多媒體進(jìn)程調(diào)度 ? 多媒體操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)操作系統(tǒng)有三個主要區(qū)別，即進(jìn)程調(diào)度、文件系統(tǒng)和磁盤調(diào)度。在這樣的情況下，可以采用下述簡單但是有效的調(diào)度算法。由于所有的進(jìn)程同等重要，每一幀有相同的工作量要做，并且當(dāng)它們完成當(dāng)前幀的處理時將阻塞，所以采用輪轉(zhuǎn)調(diào)度可以很好地做這樣的工作。 調(diào)度同質(zhì)進(jìn)程 ? 實(shí)現(xiàn)適當(dāng)定時的一種方式是有一個主控時鐘，該時鐘每秒滴答適當(dāng)?shù)拇螖?shù)，例如針對 NTSC制式，每秒滴答 30次。當(dāng)一個進(jìn)程完成其工作時，它將發(fā)出 suspend系統(tǒng)調(diào)用釋放CPU直到主控時鐘再次滴答。只要進(jìn)程數(shù)足夠少，所有的工作都可以在一幀的時間內(nèi)完成，采用輪轉(zhuǎn)調(diào)度就足夠了。因此，不同的進(jìn)程可能必須以不同的頻率運(yùn)行，具有不同的工作量，并且具有不同的最終時限。在下面的模型中，我們將假設(shè)系統(tǒng)知道每個進(jìn)程必須以什么樣的頻率運(yùn)行、有多少工作要做以及下一個最終時限是什么。 一般實(shí)時調(diào)度 ? 作為實(shí)時多媒體調(diào)度程序工作環(huán)境的一個例子，我們考慮三個進(jìn)程 A、 B和 C，如圖 92所示。在不存在競爭的情況下，進(jìn)程 A將在突發(fā) A A A3等中運(yùn)行，每一突發(fā)在前一突發(fā)的 30ms之后開始。 2023114 19 圖 92 三個周期性的進(jìn)程，每個進(jìn)程播放一部電影；每一電影的幀率以及每幀的處理需求有所不同 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 1 的 最 終 時 限B 1 的 最 終 時 限A 1 的 最 終時 限A 1 、 B 1 、 C 1的 開 始 時 刻C 1B 1A 1C 2 C 3B 2 B 3 B 4A 2 A 3 A 4 A 5時 間 （ m s ） 一般實(shí)時調(diào)度 ? 圖 92中，進(jìn)程 B每秒運(yùn)行 25次（例如 PAL制式），進(jìn)程 C每秒運(yùn)行 20次（例如一個慢下來的 NTSC或 PAL流，意在使一個低帶寬的用戶連接到視頻服務(wù)器）?，F(xiàn)在，調(diào)度問題是如何調(diào)度 A、 B和 C以確保它們滿足各自的最終時限。它們可能以不同的速率運(yùn)行并且每一脈沖可能消耗不同數(shù)量的 CPU時間。每個進(jìn)程以一個固定的頻率運(yùn)行，對每一 CPU突發(fā)有固定的工作量要求。在多媒體系統(tǒng)中，進(jìn)程通常是可搶占的，這意味著允許有危險錯過其最終時限的進(jìn)程在正在運(yùn)行的進(jìn)程完成工作以前將其中斷，然后當(dāng)它完成工作之后，被中斷的前一個進(jìn)程再繼續(xù)運(yùn)行。在多媒體系統(tǒng)中可搶占的實(shí)時調(diào)度算法比不可搶占的調(diào)度算法具有更好的性能。 一般實(shí)時調(diào)度 ? 實(shí)時算法可以是靜態(tài)的也可以是動態(tài)的。動態(tài)算法沒有固定的優(yōu)先級。 – 2）沒有進(jìn)程依賴于任何其他進(jìn)程。 – 4）任何非周期性進(jìn)程都沒有最終時限。 ? 前四個條件是合理的。 速率單調(diào)調(diào)度 ? RMS分配給每個進(jìn)程一個固定的優(yōu)先級，優(yōu)先級等于進(jìn)程觸發(fā)事件發(fā)生的頻率。所以，優(yōu)先級與進(jìn)程的速率（每秒運(yùn)行進(jìn)程的次數(shù)）成線性關(guān)系，這正是為什么將其稱為速率單調(diào)的原因。已經(jīng)證明在靜態(tài)調(diào)度算法種類中 RMS是最優(yōu)的。進(jìn)程 A、 B和 C分別具有靜態(tài)優(yōu)先級 3 25和 20，這意味著只要 A需要運(yùn)行，它就可以運(yùn)行，搶占任何當(dāng)前正在使用CPU的其他進(jìn)程。進(jìn)程C必須等待直到 CPU空閑才能運(yùn)行。在進(jìn)程 A完成之后，進(jìn)程 B和 C以先后次序運(yùn)行。這一輪換持續(xù)進(jìn)行直到 t = 70時系統(tǒng)變?yōu)榭臻e。然而，在 t = 90時，優(yōu)先級更高的進(jìn)程 A