CN107197323A - 一种基于dvfs的网络视频点播服务器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于DVFS的网络视频点播服务器及其应用，所述的网络视频点播服务器包括：用于处理用户点播请求并传输点播视频的处理器，用于存储用户点播的视频源的存储硬盘，用于监测服务器运行状态指标的指标监测模块以及用于根据指标监测模块监测数据对处理器进行DVFS调节的运行内存，所述的处理器为基于DVFS的多核处理器，所述的处理器通过以太网接口连接Internet网络，所述的Internet网络连接用于用户视频点播的用户终端，所述的运行内存连接指标监测模块，所述的处理器分别连接存储硬盘和运行内存。与现有技术相比，本发明在满足视频点播的同时，能够有效降低网络视频点播服务器的整体能耗。

Description

一种基于DVFS的网络视频点播服务器及其应用
技术领域
本发明涉及一种网络视频点播服务器及其应用，尤其是涉及一种基于DVFS的网络视频点播服务器及其应用。
背景技术
视频点播(VOD，Video On Demand)，将视频技术、网络技术和计算机技术三者相结合，实现了用户根据个人喜好来播放视频，为用户提供实时便捷、交互式按需点播视频服务，广泛应用于学习教育、生活娱乐、商业金融和智能家居、安防监控等各个领域。
网络视频点播服务器，作为视频点播系统的存储中心和处理中枢，负责存储视频源、响应网络用户点播请求、传输点播视频等功能。随着视频质量的不断提高和互联网技术的高速发展，用户对网络视频点播的视频精度、响应和传输延迟的要求也不断提升。当代的视频点播系统，呈现出高分辨率、数据量大、传输带宽高和实时性强等特点。这就对网络视频点播服务器的性能和功耗提出了很高的要求。因此，功耗问题已经成为当前网络视频点播服务器不得不考虑的关键问题。然而，现有大多网络视频点播服务器，很少将能耗因素考虑在内，因而几乎没有采用任何节能措施，更缺乏对其功耗的深入研究和有效控制。
DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling，动态电压频率调节)，根据外界事件的紧迫程度来动态调节CPU的电压和频率，以达到响应时间和功耗之间的平衡。由于DVFS对CPU电压和频率的动态可调性，被普遍应用在节能领域。对于网络视频点播服务器，DVFS技术能够在系统运行时根据网络用户点播请求数量和等级、系统性能等情况灵活改变视频点播服务器处于工作状态的CPU核数及其工作频率，处理用户的视频点播请求并传输点播视频。这样，可以在不影响用户网络视频点播质量和延时的前提下，更为有效和合理地降低网络视频点播服务器的能量消耗。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于DVFS的网络视频点播服务器及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于DVFS的网络视频点播服务器，所述的网络视频点播服务器包括：用于处理用户点播请求并传输点播视频的处理器，用于存储用户点播的视频源的存储硬盘，用于监测服务器运行状态指标的指标监测模块以及用于根据指标监测模块监测数据对处理器进行DVFS调节的运行内存，所述的处理器为基于DVFS的多核处理器，所述的处理器通过以太网接口连接Internet网络，所述的Internet网络连接用于用户视频点播的用户终端，所述的运行内存连接指标监测模块，所述的处理器分别连接存储硬盘和运行内存。
所述的存储硬盘为SATA3硬盘，所述的SATA3硬盘通过SATA3接口连接所述的处理器。
所述的运行内存为DDR3内存，所述的DDR3内存通过DDR3内存接口连接所述的处理器。
所述的以太网接口为10000Mbps以太网接口。
所述的指标监测模块包括用于监测运行内存使用率的内存监测子模块、用于监测存储硬盘响应时间的硬盘监测子模块以及用于监测以太网接口流量的网络流量监测子模块，各子模块均连接至运行内存。
所述的运行内存包括：
性能指标获取模块：该模块连接指标监测模块，性能指标获取模块获取指标监测模块的监测数据；
处理器CPU核DVFS调节模块：该模块根据性能指标获取模块获取的监测数据对处理器进行DVFS调节，设定DVFS的多核处理器中各个CPU核的工作状态和工作频率。
该网络视频点播服务器还包括功耗检测显示模块，所述的功耗检测显示模块包括功耗检测芯片和显示器，所述的功耗检测芯片连接所述的处理器和显示器。
一种基于DVFS的网络视频点播服务器的应用，具体应用方法包括如下步骤：
(1)网络视频点播服务器进行初始化，基于DVFS的多核处理器运行于设定的最优节能模式；
(2)网络视频点播服务器监测是否有用户点播请求，若无则基于DVFS的多核处理器保持运行于设定的最优节能模式，若有则执行步骤(3)；
(3)基于DVFS的多核处理器响应用户请求向用户终端发送点播的视频，同时对基于DVFS的多核处理器进行DVFS调节。
步骤(3)中DVFS调节具体为：运行内存从指标监测模块获取性能指标监测数据后对监测数据进行分析并设定基于DVFS的多核处理器中各个CPU核的工作状态和工作频率。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明指标监测模块实时监测运行状态指标，从而能够及时调整基于DVFS的多核处理器中各个CPU核的供电电压和时钟频率，在满足视频点播应用性能以及用户点播要求的同时，降低网络视频点播服务器的整体能耗；
(2)本发明设置的功耗检测显示装置能够实时监测并显示处理器的功耗；
(3)本发明指标监测模块监测的运行状态指标包括运行内存使用率、存储硬盘响应时间以及网络流量监测子模块，从而从各多方面判断网络视频点播服务器的工作状态和负载情况。在不影响系统性能的情况下，实时调整多核处理器的各个CPU核的打开/关闭状态，从而有效地降低网络视频点播服务器的功耗、节约能源。
附图说明
图1为本发明基于DVFS的网络视频点播服务器的结构框图；
图2为本发明基于DVFS的网络视频点播服务器的应用方法的流程图。
图中，1为处理器，2为SATA3硬盘，3为SATA3接口，4为DDR3内存，5为DDR3内存接口，6为以太网接口，7为路由器，8为Internet网络，9为有线点播终端，10为移动点播终端，11为指标监测模块，12为功耗检测显示模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种基于DVFS的网络视频点播服务器，网络视频点播服务器包括：用于处理用户点播请求并传输点播视频的处理器1，用于存储用户点播的视频源的存储硬盘，用于监测服务器运行状态指标的指标监测模块11以及用于根据指标监测模块11监测数据对处理器1进行DVFS调节的运行内存，处理器1为基于DVFS的多核处理器，处理器1通过以太网接口6连接Internet网络8，Internet网络8连接用于用户视频点播的用户终端，运行内存连接指标监测模块11，处理器1分别连接存储硬盘和运行内存，用户终端包括有线点播终端9和移动点播终端10。
存储硬盘为SATA3硬盘2，SATA3硬盘2通过SATA3接口3连接处理器1。运行内存为DDR3内存4，DDR3内存4通过DDR3内存接口5连接处理器1。以太网接口6为10000Mbps以太网接口。。基于DVFS的多核处理器包括多个CPU核，每个CPU核均可互不影响、各自独立地打开或关闭。并且，当每个CPU核处于打开工作状态时，可动态设置其工作频率。10000Mbps以太网接口将Internet网络8与基于DVFS的多核处理器进行连接，10000Mbps以太网接口和Internet网络8之间设置路由器7，10000Mbps以太网接口是网络视频点播服务器与位于不同物理区域的点播用户进行通信的接口。通过10000Mbps以太网接口，基于DVFS的网络视频点播服务器接收来自Internet网络的不同用户点播请求，并向各个用户传输视频数据。
指标监测模块11包括用于监测运行内存使用率的内存监测子模块、用于监测存储硬盘响应时间的硬盘监测子模块以及用于监测以太网接口6流量的网络流量监测子模块，各子模块均连接至运行内存。
运行内存包括：性能指标获取模块：该模块连接指标监测模块11，性能指标获取模块获取指标监测模块11的监测数据；处理器CPU核DVFS调节模块：该模块根据性能指标获取模块获取的监测数据对处理器1进行DVFS调节，设定DVFS的多核处理器1中各个CPU核的工作状态和工作频率。
该网络视频点播服务器还包括功耗检测显示模块12，功耗检测显示模块12包括功耗检测芯片和显示器，功耗检测芯片连接处理器1和显示器。
具体地，运行内存中设置基于DVFS的网络视频点播服务器的软件，该软件包括：
Linux操作系统，是基于DVFS的网络视频点播服务器软件的基础。
TCP/IP协议栈，为上层应用程序(如网络请求和系统性能监测程序、WEB SERVER程序等)提供网络协议支持和保障。
驱动程序，用于驱动基于DVFS的网络视频点播服务器的硬件接口，如10000Mbps以太网接口等。
网络请求和系统性能监测程序，用于收集和提取当前网络请求信息和系统性能信息，如视频点播用户请求的数量和等级、DDR3内存4的使用率和SATA3硬盘2的响应时间等。
多核处理器1CPU核的状态和频率设置程序，用于设置基于DVFS的网络视频点播服务器的多核处理器1各个CPU核的工作状态和工作频率。
WEB SERVER程序，用于响应和处理用户的视频点播请求。
如图2所示，一种基于DVFS的网络视频点播服务器的应用，具体应用方法包括如下步骤：
(1)网络视频点播服务器进行初始化，基于DVFS的多核处理器运行于设定的最优节能模式；
(2)网络视频点播服务器监测是否有用户点播请求，若无则基于DVFS的多核处理器保持运行于设定的最优节能模式，若有则执行步骤(3)；
(3)基于DVFS的多核处理器响应用户请求向用户终端发送点播的视频，同时对基于DVFS的多核处理器进行DVFS调节。
步骤(3)中DVFS调节具体为：运行内存从指标监测模块11获取性能指标监测数据后对监测数据进行分析并设定基于DVFS的多核处理器中各个CPU核的工作状态和工作频率。
具体地，本发明工作时，基于DVFS的网络视频点播服务器的软件首先初始化基于DVFS的多核处理器，将基于DVFS的多核处理器设置为最优节能模式，即调用多核处理器1CPU核的状态和频率设置程序关闭多核处理器1的其他各个CPU核，只保留一个CPU核处于打开状态并将其工作频率调至最低。然后，基于DVFS的网络视频点播服务器的软件调用驱动程序通过10000Mbps以太网接口探测Internet网络8上是否有用户向基于DVFS的网络视频点播服务器提出视频点播请求。当没有来自Internet网络8的视频点播请求时，基于DVFS的网络视频点播服务器的软件调用多核处理器1CPU核的状态和频率设置程序使得基于DVFS的网络视频点播服务器继续保持最优节能模式——即将多核处理器1其他各个CPU核设置成关闭状态，只保留一个CPU核处于打开状态并将其工作频率调至最低。当驱动程序通过10000Mbps以太网接口探测到来自Internet网络8的用户点播请求时，立即通过TCP/IP栈将用户请求递交基于网络请求和系统性能的视频点播节能软件。当接收到用户点播请求后，基于DVFS的网络视频点播服务器的软件调用WEB SERVER程序处理用户视频点播请求，例如调用驱动程序通过SATA3接口3读取SATA3硬盘2上的视频源，并通过10000Mbps以太网接口经由Internet网络8将视频流发送给点播用户。与此同时，基于DVFS的网络视频点播服务器的软件调用网络请求和系统性能监测程序，通过SATA3接口3、DDR接口和10000Mbps以太网接口收集系统及网络的信息(如当前DDR3内存4的使用率、当前SATA3硬盘2的响应时间、当前网络流量、当前视频点播用户请求的数量和级别等)，并将这些信息发送给多核处理器1CPU核的状态和频率设置程序。多核处理器1CPU核的状态和频率设置程序根据得到的监测信息，实时调整基于DVFS的多核处理器的各个CPU核的工作状态和工作频率。例如，当连接网络视频点播服务器的用户数量增加、系统负载增大时，逐步打开基于DVFS的多核处理器的各个CPU核，并从低到高逐渐提升各个CPU核的工作频率；当连接网络视频点播服务器的用户减少、系统负载减小时，逐渐降低基于DVFS的多核处理器的各个CPU核的工作频率，乃至关闭；直至没有用户连接网络视频点播服务器时，基于DVFS的网络视频服务器将恢复到初始状态(最优节能模式)，即将多核处理器1的其他各个CPU核关闭，只保留一个CPU核处于打开状态并将其工作频率调至最低。
本发明根据当前用户的数量和等级、网络视频点播服务器的性能以及网络拥塞等情况，调整基于DVFS的多核处理器各个CPU核的供电电压和时钟频率，并通过功耗检测装置实时监控系统能耗，在满足视频点播应用性能以及用户点播要求的同时，降低网络视频点播服务器的整体能耗。

Claims (9)

1.一种基于DVFS的网络视频点播服务器，其特征在于，所述的网络视频点播服务器包括：用于处理用户点播请求并传输点播视频的处理器(1)，用于存储用户点播的视频源的存储硬盘，用于监测服务器运行状态指标的指标监测模块(11)以及用于根据指标监测模块(11)监测数据对处理器(1)进行DVFS调节的运行内存，所述的处理器(1)为基于DVFS的多核处理器，所述的处理器(1)通过以太网接口(6)连接Internet网络(8)，所述的Internet网络(8)连接用于用户视频点播的用户终端，所述的运行内存连接指标监测模块(11)，所述的处理器(1)分别连接存储硬盘和运行内存。
2.根据权利要求1所述的一种基于DVFS的网络视频点播服务器，其特征在于，所述的存储硬盘为SATA3硬盘(2)，所述的SATA3硬盘(2)通过SATA3接口(3)连接所述的处理器(1)。
3.根据权利要求1所述的一种基于DVFS的网络视频点播服务器，其特征在于，所述的运行内存为DDR3内存(4)，所述的DDR3内存(4)通过DDR3内存接口(5)连接所述的处理器(1)。
4.根据权利要求1所述的一种基于DVFS的网络视频点播服务器，其特征在于，所述的以太网接口(6)为10000Mbps以太网接口。
5.根据权利要求1所述的一种基于DVFS的网络视频点播服务器，其特征在于，所述的指标监测模块(11)包括用于监测运行内存使用率的内存监测子模块、用于监测存储硬盘响应时间的硬盘监测子模块以及用于监测以太网接口(6)流量的网络流量监测子模块，各子模块均连接至运行内存。
6.根据权利要求1所述的一种基于DVFS的网络视频点播服务器，其特征在于，所述的运行内存包括：
性能指标获取模块：该模块连接指标监测模块(11)，性能指标获取模块获取指标监测模块(11)的监测数据；
处理器CPU核DVFS调节模块：该模块根据性能指标获取模块获取的监测数据对处理器(1)进行DVFS调节，设定基于DVFS的多核处理器中各个CPU核的工作状态和工作频率。
7.根据权利要求1所述的一种基于DVFS的网络视频点播服务器，其特征在于，该网络视频点播服务器还包括功耗检测显示模块(12)，所述的功耗检测显示模块(12)包括功耗检测芯片和显示器，所述的功耗检测芯片连接所述的处理器(1)和显示器。
8.一种如权利要求1～7任意一项基于DVFS的网络视频点播服务器的应用，其特征在于，具体应用方法包括如下步骤：
(1)网络视频点播服务器进行初始化，基于DVFS的多核处理器运行于设定的最优节能模式；
(2)网络视频点播服务器监测是否有用户点播请求，若无则基于DVFS的多核处理器保持运行于设定的最优节能模式，若有则执行步骤(3)；
(3)基于DVFS的多核处理器响应用户请求向用户终端发送点播的视频，同时对基于DVFS的多核处理器进行DVFS调节。
9.根据权利要求8所示的基于DVFS的网络视频点播服务器的应用，其特征在于，步骤(3)中DVFS调节具体为：运行内存从指标监测模块(11)获取性能指标监测数据后对监测数据进行分析并设定基于DVFS的多核处理器中各个CPU核的工作状态和工作频率。
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