浅析分布式视频点播系统中动态负载平衡方法

2021-12-02刘超

电子元器件与信息技术 2021年10期

刘超

（91550部队，辽宁大连 116023）

0 引言

伴随计算机与通信技术的持续推新，视频点播服务在此背景下，获得了长足发展，而且还成为网络体系当中的重要服务方式。当前，许多用户多通过Client/Server模式来获取对媒体节目的请求，因用户在具体请求上存在不统一分布，若难以合理化分配用户请求，那么便会引发系统在具体的负载分布上出现不平衡的情况，从而会造成系统资源的综合利用率出现大幅降低的情况。需要强调的是，基于通用PC而构建的系统平台，与常规视频点播系统相比较，差异比较大，前者在具体的可扩展性上比较好，可以同时对各个层次、不同种类的媒体服务器展开全面性、准确化处理。而针对用户所发出的各种请求而言，系统根据现实情况及相关需要，且联合具体的负载信息，以一种自动化方式来对那些在负载上最轻的服务器展开选择，借此达到高质量处理此请求的目的，这样便能够有效降低用户请求的拒绝率[1]。本文基于分布式视频点播系统，就其动态负载平衡的具体方法探讨如下。

1 分布式视频点播系统平台的体系结构

现阶段，一些客户端大多采用的是比较传统的Client/Server模式，其利用一些专门且得到加密的网络，围绕服务器当中的各种媒体节目，对其进行访问，而要想使此方面高效化，便需借助一个已经得到广泛应用的系统平台，来为用户提供各种服务，使其可以按照自身要求，有目的性且规范化访问媒体服务器，借此实现对系统资源展开合理化、充分化利用的目的，最终达到用户请求拒绝率的最大程度降低。本文所构建的系统平台主要由三部分组成：其一，客户端。用户通常可以利用管理服务器，通过对其所配套接口进行合理化利用，达到进入视频点播系统界面的目的，并且还可以结合自身需要，对其中的一些节目进行点播。其二，中间管理端。对所处区域实施全局化管理。本地管理服务器主要负责管理本地的服务器，而且还负责与中心管理服务器之间的信息交换。其三，视频服务器端。需要强调的是，此端口可以为用户提供所需要的媒体流，并且还可以与磁盘阵列保持一种连接状态，最终便可以对相关视频数据进行读取，且有针对性、目的性的展开网络发送与调度等工作。

在此结构中，针对中间管理端而言，其实际就是视频文件服务器连接客户端的重要通道，发挥着关键性作用。其通信流程为：针对管理服务器来讲，当将其启动后，客户端便会根据相关流程，围绕服务器，对其界面展开人性化、规范化管理；并且还能在身份认证且顺利通过之后，成功进入到指定的视频点播界面，选择所喜爱的节目来点播；需要指出的是，对于此种点播请求，如果相关信号被传送到本地管理服务器，那么其会根据所接收到的诸如媒体节目名称等信息，选择与之相对应的管理服务器，来为用户提供各项服务。还需要强调的是，不仅能够为所管理的管理服务器实施相应动态选择，而且在本地管理服务器上还运行了许多服务程序，能够高质量地完成各项功能，如系统性能监控、计费管理及用户权限认证等。而对于管理服务器而言，其主要职责就是对多个区域的视频文件服务器进行管理，并且对现阶段所处区域当中的全部视频文件服务器的负载实况，展开准确化、全面化收集，然后，结合客户所提出的各项要求，选择有着最轻负载且能够高质量完成相关工作的视频文件服务器，以此为客户提供优质化且全面化服务，最大程度且高效化利用系统资源[2]。

需要指出的是，本地管理服务器要想将上述任务高效完成，需注重如下内容：（1）怎样有效且高质量的量度工作负载；（2）怎样收集、交换负载信息；（3）怎样高效化的分配工作负载。

通常来讲，人们会结合实际情况，把工作负载进行合理化定义，即将其明确为服务器能够提供或支持的任务数，这主要包含两部分，其一为正等待执行的人数，其二是正处于执行状态的任务数，此种方法存在不健全的情况，即其未能将服务器的性能参与以及客户所提质量要求考虑在内，如任务执行时间、服务器执行速度等。所以，针对工作负载来讲，实际就是一个需要同时将多种因素考虑在内的综合体。

需要指出的是，在围绕负载信息进行相应收集、交换过程中，要想实现并持续保持视频文件服务器与管理服务器间的实时通信，此时的管理服务器，便需要结合当前所收集到的各种负载信息，最终选定由哪个视频文件服务器去执行客户请求。在执行时，该平台还会根据现实需要，把客户对节目的实际请求情况考虑在内，并且还需根据具体需要，对比于那些比较热门的节目，且复制在一些特定的服务器当中，但需要强调的是，尽管这样，有时也难以实现对客户需求的真正满足，因此，需要进行动态的复制，而这便会引发一些新问题。针对可能出现的问题，需要说明的是，针对那些比较热门的节目来讲，都需要找寻那些工作负载比较轻的服务器，然后将其当作目标服务器，对此，可用管理服务器来进行解决，管理服务器围绕热门节目的负载，依据自大至小的顺序来排序，然后基于当前的具体工作负载，以一种特定顺序作为目标服务器，通常情况下，采取自轻至重的顺序；针对此种方法而言，虽然存在一定的随机性，但能够实现最优利用资源的目的。另外，每当完成一项任务，管理服务器便会在此视频文件服务器的工作负载当中，将其刚才所服务的工作负载减去，如此一来，便可以对服务器的工作负载进行实时监控，为用户请求提供更好服务，最大程度降低用户拒绝率。

2 评估系统平台性能

针对本系统平台而言，其在模拟相关性能模拟时，通常需要在局域网上来实现运行。但需要强调的是，在模拟时，应满足如下参数：（1）用户请求数目。即在4h内的全部用户请求；（2）用户请求模式。因用户选择视频节目实为一个带有一定随机性的过程，以微观层面为基础来展开分析，本文的注重点即为随意2个处于相邻状态用户进入系统当中的时差；而从宏观上来考量，则注重在特定时间段内，用户成功进入系统的准确数量，即用户进入强度。需要说明的是，诸如周末等乃是用户进入系统的黄金时段，因此，本文将黄金时段划分成若干时段，一些时段用户有着比较多的请求，而其它时段却有着比较少的请求，这与当前情况基本相符。（3）视频节目时间长度。对于节目长度来进行深层剖析，其乃是随机的，本文基于60～120min这一区间内，选择任意值。（4）用户选择节目模式。针对VOD系统来讲，其一节目数为基础来加以确定，用户在对节目进行实际选择时，始终对Zipf分布持服从态度，因此，大部分用户都集中于此些节目当中。在围绕用户拒绝率展开所对应的仿真实验时，本文把一些相同型号的服务器作为系统运作的视频文件服务器，且将其成功用于对外服务当中，需要指出的是，其在具体性能上，尽管有一定的差异，但仍然可以为那些热门视频节目所使用；本文所参考的对象是采用动态负载平衡法的传统VOD系统，而将用户请求的拒绝率当作性能评价参数，也就是被拒绝的用户请求数与总的请求数的比值[3]。

在开展模拟仿真实验时，本文选用3台有着相同服务能力的服务器，在其中一台服务器上存放1个媒体节目，而在规定的30分钟内，点播此节目，从中得知，一段时间后，三台服务器所负责的任务数大致相当，而对于传统VOD系统，服务器处于工作状态的仅1台，当负载达到最大时，在此之后的全部请求，都会被直接拒绝。