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高清视频服务器磁盘I/O调度算法的研究

作　者: 刘硕
导　师: 卢伟
学　校: 厦门大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: HVOD 服务器前置磁盘性能 I/O调度算法
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 2次
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内容摘要

服务器前置方案是否具有可行性的关键之一,就是如何尽可能地发挥硬件潜能,提高单台视频服务器的性价比。目前视频服务器的主要性能瓶颈在于资源磁盘的带宽,尤其是在多线程环境下,使用主流操作系统的磁盘I/O将导致磁盘带宽大大下降,严重制约服务器的性能。本文的主要工作是,详细研究了Linux内核块设备的I/O子系统,对Linux提供的四种I/O调度算法做了深入的剖析：在此基础上,针对分条式高清视频点播服务器读取资源磁盘的特点,设计了一个专用的I/O调度算法——HVOD,并且在Linux2.6.32内核中实现了该算法。HVOD算法通过精确的读预测提升磁盘顺序读的性能,使用超时队列避免进程的I/O饥饿,从而确保尽可能多的视频流能够流畅播放。在真实VOD系统和模拟VOD系统上进行的测试表明,在分条式高清视频点播服务器中,HVOD算法与Linux现有的I/O调度算法相比,可以使视频服务器的服务能力提升40-50%左右。我们的研究结果证明,服务器前置方案即使是对于大规模开展4K高清视频的点播服务也具有现实可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 高清视频点播系统  10-11
  1.2 需要解决的关键问题  11-14
    1.2.1 机械磁盘的并发访问  11-13
    1.2.2 固态硬盘的局限性  13-14
  1.3 研究内容及其意义  14-15
  1.4 结构组织  15-16
第二章 Linux块设备及其I/O子系统  16-24
  2.1 块设备  16
  2.2 I/O操作  16-24
    2.2.1 虚拟文件系统  17-18
    2.2.2 磁盘高速缓冲  18
    2.2.3 文件系统  18-19
    2.2.4 通用块层  19-21
    2.2.5 I/O调度层  21-22
    2.2.6 块设备驱动  22-24
第三章 Linux I/O调度算法的剖析和评价  24-42
  3.1 算法简介  25-26
  3.2 算法接口  26-28
  3.3 调度过程  28-29
  3.4 Noop  29-31
  3.5 Deadline  31-33
  3.6 Anticipatory  33-35
  3.7 CFQ  35-42
第四章 HVOD算法设计  42-50
  4.1 分条式存储策略  42-43
  4.2 调度策略  43
  4.3 读预测  43-45
  4.4 超时处理  45-46
  4.5 算法描述  46-50
第五章 HVOD算法实现  50-60
  5.1 用户层与内核通信  50-51
  5.2 数据结构  51-55
  5.3 算法接口  55-60
第六章 HVOD性能测试  60-74
  6.1 实验环境  60-61
  6.2 并发环境下的性能  61-64
    6.2.1 测试方法  62
    6.2.2 测试结果与分析  62-64
  6.3 真实系统测试  64-67
    6.3.1 真实系统简介  64-65
    6.3.2 测试方法  65-66
    6.3.3 测试结果与分析  66-67
  6.4 模拟系统测试  67-70
    6.4.1 模拟系统简介  67
    6.4.2 测试方法  67-69
    6.4.3 测试结果与分析  69-70
  6.5 通用性测试  70-74
第七章总结与展望  74-76
  7.1 总结  74-75
  7.2 未来工作  75-76
参考文献  76-78
附录  78-80
致谢  80

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