基于鲲鹏处理器的媒体网关适配及稳定性研究

刘作 陈杨 陈雄博

摘  要：实现关键IT基础设施国产化自研，以及基于国产化环境的应用适配，符合未来可持续长远发展趋势，为了实现媒体网关向国产化服务器基础环境平稳迁移部署，搭建了国产化ARM64架构服务器环境，进行容器化媒体网关镜像制作及适配部署，对依赖组件进行全量分析与整合，通过阶梯性增加并发通话数量对部署后的应用服务进行了稳定性测试及长通话测试，测试结果满足媒体网关线上使用要求，为电信业务迁移适配国产化服务器提供了参考经验。

关键词：ARM64架构;容器化部署;国产化适配;媒体网关

中图分类号：TN92;TP332      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）20-0074-04

Research on Adaptation and Stability of Media Gateway Based on

Kunpeng Processor

LIU Zuo，CHEN Yang，CHEN Xiongbo

（Guangxi Dongxin Yitong Technology Co.，Ltd.，Qinzhou  535008，China）

Abstract：It is in line with the sustainable and long-term development trend in the future to realize the localization self-research of key IT infrastructure and the application adaptation based on the localization environment. In order to realize the smooth migration and deployment of media gateway to the localization server infrastructure environment，the localization ARM64 architecture server environment was built，and the containerized media gateway image production and adaptation deployment were carried out，and the dependent components were fully analyzed and integrated. By increasing the number of concurrent calls step by step，the stability test and long call test of the deployed application service are carried out. The test results meet the online use requirements of media gateway，and provide reference experience for telecom service migration to adapt to localization server.

Keywords：ARM64 architecture;containerized deployment;localization adaptation;media gateway

0  引  言

隨着我国信息化建设的逐步深化，我国各行各业、经济政治，甚至国家安全都已离不开信息化设备的建设。近年来美国对中国信息安全的挑战，无论是2013年的棱镜门事件，还是近年美国对中国施加的芯片制裁，以及对华为5G设备的打压，都给了我们深刻的教训，21世纪最大的安全问题就是信息化安全。“人不犯我，我不犯人”的传统观念已经不适用于在当今的信息化社会，要想保卫国家安全，就必须先保证信息安全。实际上，各个国家的信息化安全都必须从硬件着手，其中服务器是网络通信中的关键设备，我国的服务器市场有70%左右的份额被国外品牌占据。因此，加速推进服务器国产化进程是我国信息化安全的重大课题，只有实现了服务器国产化，实现“自主自控”，才能保证国家安全。目前，国产服务器的CPU主要基于ARM64架构，电信业务在迁移适配国产服务器之前，必须进行大量的分析验证。

ARM64是基于ARM架构的64位处理器，ARM和X86区别如表1所示。

ARM和X86的主要区别，主要集中在以下4个部分：

（1）指令集：ARM更偏向于处理简单任务，在执行任务时，将活动拆分成为多个简单的指令;X86更偏向于处理复杂任务。

（2）功耗：ARM消耗更少的电量，发热低;X86架构消耗更多的电量，发热高。

（3）软件：RISC汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计;而CISC汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序设计相对容易，效率较高。

（4）兼容性：X86系统由于发展较早，在微软和英特尔的垄断下，大量应用于PC、笔记本电脑、服务器，形成了巨大的用户群，兼容Windows、Mac、Linux等操作系统，在兼容性上有巨大的优势;ARM起步较晚，主要应用于Linux系统和Android系统。

综上所述，CPU架构的选择取决应用程序的需求和预期的性能水平。与X86相比，ARM在高端、现代和数字应用设备中更受青睐;低端的、传统的后端应用程序更喜欢X86。基于通信业务所要求的简单高效特性考虑，ARM处理器是正确的选择。

1  项目研究背景

广西东信易通科技有限公司是国内最大的安全隐私号平台研发及运营企业，基于前后的研发迭代，实现了从专用硬件资源向NFV软化部署的演进，目前平台日输出服务次数超2 000万次，而媒体网关作为隐私号平台的核心网元，集中了媒体转码、编解码、信令控制及媒体协商核心功能，而随着一带一路的不断向前发展，做好国内自主研发产品的整合重组、兼容适配，端到端的掌握核心技术，形成国产化应用备用计划，是打造通信产品核心竞争力的关键，同时引入ARM64架构鲲鹏处理器的功能适配，能够解决动态部署及迁移，增强系统的灵活性。

基于上述目的，本文基于国产化ARM64环境，设计了媒体网关国产化部署研究组网架构如图1所示，其中应用系统全部基于国产化环境进行部署，系统通过对接PSTN-SIP线路，实现呼入与外呼功能，使系统具备实际场景呼叫功能，而UAC及UAS的引入，能够实现对媒体网关的模拟并发压力测试，以便对产品在兼容性、稳定性、安全、功耗等方面做全面的测试验证。

2  容器化媒体网关国产化适配部署及稳定性分析

2.1  媒体网关组件分析及交叉编译

媒体网关划分为核心调度模块及解耦功能控制模块，其中核心模塊代码主要实现公共接口为外围功能控制模块调用，这些接口对同类型的逻辑及功能实体进行抽象构造，以便调用者负责具体实现，核心层通过钩子函数调用具体实现代码或函数。而具体的，外围的解耦功能控制模块，能够根据不同的功能需求，选择实现核心模块的数个接口，通过事件注册的方式向消息中心订阅事件，在事件触发后，会采用广播的形式向订阅者发送订阅信息，以便实现控制与承载分离，简化系统难度，在上层应用中，只需要关注读取数据及控制逻辑，而忽略数据的来源及产生方式，交由底层资源进行处理，该种依赖机制的采用，在层与层之间屏蔽了具体实现方式，只暴露必要的接口，从而容易实现模块之间的功能扩展与解耦，达到支持不同类型协议、功能的目的，但同时对底层资源的适配与互通提出了挑战。

在从X86服务器向ARM64架构国产化服务器迁移适配过程中，可以采用交叉编译链编译适配ARM64的可执行文件，交叉编译原理即把应用从现有平台经过编译后，迁移到目标平台并实现运行，其组成包括编译器、连接器及解释器三部分构成，本文基于交叉编译工具嵌入脚本如图2所示。

2.2  容器化镜像制作及适配

本文基于华为国产化ARM64架构鲲鹏处理器的泰山服务器作为底层基础设施开展研究，采用容器云对媒体网关进行镜像制作，达到与操作系统解耦的目的，在通常应用部署及实践中，应用的部署会依赖于一系列前期操作，用以准备应用部署环境，制作容器化的镜像，其优势在于可以将准备阶段的各种依赖组件提前写进Dockfile编译文件，实现一条命令生成镜像而忽略掉繁杂的编译过程并实现部署环境的准备及整合，进而为应用动态部署提供了保障。

容器化镜像部署及编译过程，主要分三个部分：

（1）编写Dockfile：包括目标应用要运行的操作系统环境父镜像、依赖组件、源代码的引入以及编译过程指令及逻辑操作的集合，编译后的配置及端口映射等操作。

（2）镜像的制作及入库：基于编写好的Dockfile进行编译，以期生成目标可执行镜像文件，如果过程中遇到问题需要针对性解决，例如依赖确实或者编译不通过等问题，最后将编译好的可执行目标镜像文件通过版本管理工具加入容器库，以便动态部署迁移时能够及时调用。

（3）基于容器镜像应用部署：基于编译好的镜像，在国产化ARM64的服务器上进行部署安装，并运行。

通过以上容器化编译及部署的步骤，本文实现了媒体网关的容器化镜像编译及部署，系统启动后状态如图3所示。

3.2  业务承载稳定性分析

稳定性作为通信系统最重要的指标不容忽视，在系统成功部署并启动后，针对国产化ARM64架构服务器部署的媒体网关进行了业务稳定性研究，测试系统配置包含三个部分，其中MS是待测试的媒体网关，UAC是测试媒体网关的主叫客户端，UAS是测试媒体网关稳定性的被叫客户端，具体详情如表2所示。

系统测试过程以50并发为基础单位，并以50并发增速进行等差数列增长，在UAC及UAS服务器执行预先准备好的信令脚本，其执行顺序为：

（1）glances --export csv --export-csv-file 50_arm64.csv

（2）dstat --output 150_arm64.csv -cmdn

（3）sipp -sf uac.xml -inf test.csv -m 50 10.18.33.11：5060 -r 50 -rp 1000 –l 600

（4）sipp -sf reg.xml -inf reg.csv-m 10 10.18.33.11：5060

（5）sipp -sf uas.xml -inf test.csv -m 50 10.18.33.11：5060 -r 50 -rp 1000 -l 500000

测试数据为：

（1）压测到250全录音并发，能最大极限无呼损。

（2）网络IO：315 kb。

（3）SSD磁盘IO：>3 MB/s（45 MB/5 s）。

（4）CPU用量：70%。

（5）内存用量：40%。

（6）录音合成延迟：不超过11分钟;

（7）呼叫时长测试：2 h内无呼损。

并发测试结果数据如图4所示，通过压力测试及呼叫时长测试，基于鲲鹏920处理器的ARM64架构服务器承载媒体网关表现性能优异，稳定性可靠，可以承载线上呼叫。

4  结  论

IT及CT基础设施是软件架构实现及各类新型应用部署的基础，其技术实现自研符合未来长远发展趋势，本文基于国产化ARM64架构服务器环境，将媒体网关能力软化架构改造，并进行容器化镜像制作及部署，设计与部署了媒体服务器稳定性测试环境，公开了国产化部署后的稳定性测试数据，为VNF应用国产化适配及部署提供了参考经验。

参考文献：

[1] 刘作，陈杨，黎聪.基于VNF应用切片的媒體网关承载电信级业务稳定性研究 [J].通信电源技术，2020，37（9）：161-162+165.

[2] 陈杨，刘作，王建明，等.基于NFV的媒体网关软化技术应用测试研究 [J].电信技术，2018（3）：43-48.

[3] SMITH W J，STEWART A G，SEUSTER R，et al. ATLAS software stack on ARM64 [J].Journal of Physics：Conference Series，2017，898（7）：072001.

[4] 冯璐霞，李春江，黄亚斌.面向ARM64架构多核微处理器的模板计算性能优化研究[J].计算机工程与科学，2017，39（5）：829-833.

[5] KEIPERT K，MITRA G，SUNRIYAL V，et al. Energy-Efficient Computational Chemistry：Comparison of x86 and ARM Systems [J].Journal of chemical theory and computation，2015，11（11）：5055-5061.

作者简介：刘作（1983—），男，汉族，广西南宁人，毕业于曼彻斯特大学，研发总监，高级工程师，广西壮族自治区创新驱动重大专项负责人，南宁市特聘专家，博士，主要研究方向：互联网架构、核心网络架构、SDN/NFV;陈杨（1989—），男，蒙古族，辽宁朝阳人，毕业于南京理工大学，系统架构设计师，副高级工程师，硕士，主要研究方向：SDN/NFV、传输与接入、核心网络技术研究、电信网络增值业务架构研究与设计;陈雄博（1987—），男，汉族，广西玉林人，毕业于约克大学，高级研发工程师，副高级工程师，硕士，主要研究方向：互联网软件设计、开发、运维。