CN1098491C - 服务器环境中磁盘影视文件的联机布局 - Google Patents

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Abstract

一种布局系统和方法，其中各种节目如电影，音频节目，视-听节目以及相似类型数据的布局作为系统中每个盘上带宽-空间比(BSR)的函数确定。盘的BSR定义为盘的带宽除以空间。盘上节目的BSR为节目的总期望要求除以存储这些节目所需的空间。在最佳实施方式中，一个影视管理器(在服务器的主控程序下运行的一个软件任务)将节目放置到盘上以最好地匹配盘上所存电影的BSR和盘的BSR，从而使盘带宽和盘空间的浪费都为最小。

Description

服务器环境中磁盘影视文件的联机布局
本发明涉及影视点播(VOD)和其它点播节目系统领域。
在一个具有多磁盘和多影视文件(如电影)的影视点播服务器中，必须确定要把哪个影视文件放在哪个盘上。每个盘受带宽和空间数量的限制，即受可被同时播放的影视数据流的数目和可被容纳的影视文件的数目的限制。对不同影视的期望请求是不一致的。对某些影视的期望请求可能很低以至于它们可满足于一个盘或盘的带集。另一方面，对某些影视的期望请求可能非常高以至于需要多个拷贝。
一个影视文件所需要的拷贝数也依赖于系统中其它影视文件的布局。即使一个影视的期望请求很少以至于一个单个的盘组就可满足，但当时可能没有空的盘组。因此有必要在两个不同的盘组上生成影视的多个拷贝。影视布局还依赖于盘的特性。最好把低请求的影视放在速度慢的盘上，把高请求的影视放在速度快的盘上。这样，确定合适的布局是一个重要的任务。
本发明的目的在于提供一种在影视服务器的多个存储装置间均衡布局影视的方法，该方法使存储装置的带宽和存储空间的浪费都达到最小。
本发明的另一个目的在于提供一种影视布局系统，该系统用于在多个逻辑盘中具有多个影视的影视服务器中使影视均衡布局。
为实现上述目的，本发明提供一种在影视服务器的多个存储装置间均衡布局影视的方法，包括如下步骤：(a)确定每个存储装置的带宽与空间的比；(b)对每个存储装置，确定存于其上的影视期望需要的带宽与存于其上的影视所需的总存储空间的比率；以及(c)把影视重新分布到各存储装置上，使得对每个存储装置，步骤(a)中确定的带宽与空间的比与步骤(b)中确定的比率的偏差最小。
本发明还提供一种用于在多个逻辑盘上有多个影视的影视服务器上的影视布局系统，包括：
(i)用于接收来自系统管理员的命令的装置；
(ii)对所述命令做出反应的装置，该装置确定每个逻辑盘的带宽与其空间的比率(a)，和对每个逻辑盘确定在放置过程中盘上所存的影视文件期望需要的带宽与盘上所存的影视所需的总存储空间的比率(b)；以及
(iii)把影视重新分布到各逻辑盘的装置，所述重新分布装置使得对每个逻辑盘，比率(a)与比率(b)之间的偏差最小。
如本领域技术人员所知，盘或磁盘是目前计算机系统中主要采用的信息存储装置之一。本发明为简化描述起见，后面在说明存储装置时都用盘来描述。
根据本发明，节目(这里指电影，音频节目，视听节目和相似类型的数据)的布局作为系统中每个盘的带宽—空间比(BSR)的函数来确定。盘的BSR定义为盘的带宽除以空间。盘上节目的BSR是对影视的全部期望请求除以存储这些节目所需的空间。这里使用的术语“盘”指的是逻辑盘，其由一个物理盘或一组在其上带状布置节目文件的物理盘组成。
在一个最佳实施方式中，用一个影视布局管理器(在服务器主控程序下运行的软件任务)在盘上布置节目以最佳地匹配存储于盘上电影的BSR和盘的BSR，这样对盘的带宽和空间的浪费最小。
图1是一个图4中所示影视管理器(VPM)所保存的数据结构图；
图2A-2E是VPM处理一条命令的流程图，它配置系统以把用于一个影视的期望电视机数(V)设置为新的电视机数(N)；
图3A-3D是在VPM选择了在其上将布置拷贝的盘后由VPM所执行的处理的流程图，以及
图4是一个体现本发明特点的影视点播系统的框图。
本发明实现于一个影视点播(VOD)系统的环境中。这里使用的影视指的是任何类型的音频或视听表示，术语“盘”指的是逻辑盘，其由一个物理盘或一组在其上带状布置节目文件的物理盘组成。
图4是一个体现本发明特点的影视点播系统的框图。它假设客户400通过一个通讯网402(如光纤网)向影视服务器406发出一个请求。影视服务器406可是常规的中央型服务器(具体为大型机如IBM ES/9000系统或工作站如IBM SYSTEM/6000系统)，根据本发明的原理作一些修改。熟练的技术人员可以认识到为了清晰的目的这样一个服务器的许多常规元件没有表示出来。
影视服务器406通过从盘410检索影视并利用网络把它们传送给客户来服务请求。对不同影视的使用统计由一个监控器任务407汇总，它还负责预定对影视的未来请求。
未来请求可通过多种方法来预测。例如，监控器任务可存储请求数据，观察过去的趋势(对一个给定影视请求的增长或降低)并以这些趋势的一个函数来预测未来请求。预测方法的另一个例子是把对一给定影视的预测请求设定在一特定时间，在前一天的这个时间对这一影视有一实际请求。还有，监视器程序可以使用由人工系统管理员程序设定和输入的预测。
影视服务器406包含一个影视布局管理器(VPM)408，它负责决定各个影视放置在哪个盘上和每个影视需要多少拷贝。无论何时改变一个影视的预期请求或加入一个新影视时，系统管理器404或监视器任务407调用影视布局管理器。于是影视布局管理器随需要改变影视的布局和拷贝数以满足这个新的请求。为了对每个影视的布局和拷贝数作出智能化的决定，VPM跟踪对每个影视和拷贝的预期请求。
根据本发明的一种实施方式，影视布局管理器408使用影视和盘两者的带宽—空间比(BSR)来确定把影视放在盘的什么地方。盘的BSR定义为盘的带宽除以空间。在影视服务器环境中，盘的带宽是盘可以提供的连续(不间断)数据流的最大比率(它一般低于盘的实际容量)。盘上影视的BSR是对影视的全部期望请求除以存储这些影视所需的空间。如果当前盘上影视的BSR小于盘的BSR，那么将会浪费盘的带宽，因为如果具有相同BSR的其它视频存储于这个盘上，会在带宽占用完之前用完盘的空间。另一方面，如果盘上影视的BSR大于盘的BSR，那么将会浪费盘的空间。如果盘上影视的BSR和盘的BSR相同，则既不会浪费带宽也不会浪费盘空间。
图1给出了影视布局管理器所保存的数据结构。影视表100包含系统中每个影视的一个入口。每个影视入口包括影视标识符(影视id)101(其标识影视的标题或参考号)，播放影视所需的带宽103(这个值可以是播放这个影视所要求的平均带宽，或者，可选择地，是播放此影视所要求最大带宽的一个函数)，影视的尽寸104和拷贝表105，它是一个指向这个影视的拷贝表的指针。
影视的每个拷贝有一个拷贝入口110。拷贝入口110包括拷贝所在盘的盘标识符(盘id)111，拷贝标识符(拷贝id)112，它是该拷贝的标识符(如文件名)，以及这个拷贝预定请求或这个拷贝期望电视机的数目113。每个拷贝入口还包括指向表中下一入口的下一指针114。
磁盘表120包含系统中每个盘的一个入口。如前面所描述的，每个盘实际上是逻辑盘，它可能由一些带状划分在一起的物理盘构成。盘的入口包括标识盘的盘标识符(盘id)121，盘的最大空间122和空闲空间123，在一起还有盘的最大吞吐量(带宽)124和预定空闲吞吐量125。预定空闲吞吐量125(也称作空闲吞吐量125)是盘的最大吞吐量和预定吞吐量(即对盘的预定请求，而不是当前吞吐量或盘上的负载)之间的差。无论何时有影视加到系统，这个域被影视布局管理软件408更新。
预定空闲吞吐量通过首先估计盘上每个拷贝的预定吞吐量来计算。一个拷贝的预定吞吐量是拷贝的期望电视机数113和拷贝的带宽103的积。对盘上不同拷贝的预定吞吐量求和以给出盘的总预定吞吐量。从最大吞吐量124中减去这部分就得到了空闲吞吐量125。同样地，空闲空间123等于最大空间122减去盘上影视所用的空间。当盘开始加到系统并且不存有影视时，空闲空间123设为最大空间122并且空闲吞吐量125设为最大吞吐量124。随着不同的影视加入到系统，影视布局管理器也更新空闲空间123。
图2A-2E给出了一条配置系统的命令的处理流程图，它把一个影视的期望电视机数(V)设置为新的电视机数(N)。这个过程有两个阶段，在阶段I中，如图2A-2E的详细描述，VPM决定是否需要附加的拷贝。如果需要，VPM在阶段I中选择拷贝将在哪个盘上生成。进行选择以最小化盘的期望带宽—空间比和实际带宽—空间比的偏差。在阶段II中(在图3A-3E中详细描述)，把期望的电视机分配给拷贝并且把拷贝数固定下来。
注意随着阶段I和II的执行，图1的数据结构相应地修改以反映任何增加或删除的拷贝。因为这个过程不总是成功(例如由于缺少磁盘空间)，为了易于改正，VPM在执行阶段I和II之前把先前存在的数据结构拷贝到一个临时数据结构。在阶段I和II失败的情况下，VPM利用临时拷贝把图1的数据结构重置为初始状态。当阶段I和II成功完成时，VPM比较初始数据结构(利用临时拷贝)和当前数据结构以确定要生成，删除或修改的拷贝。当退出时，VPM把信息传递给调用的程序，它据此按顺序物理的生成或删除拷贝。
在步骤202中，影视布局管理器定位用于影视V的拷贝表105并对所有拷贝入口110的期望电视机域113求和。这就产生了用于系统当前所配置的影视V的电视机数(由C指示)。然后在步骤204中，VPM确定是否新的电视机数N大于系统所配置的电视机数(是否N＞C？)。如果N小于或等于C，重新配置请求可简单地由删除拷贝或调整当前拷贝的期望电视机域来产生。从此在步骤206中，VPM开始执行图3A-3D的“分配电视机”过程。
如果N＞C，在步骤208-210中VPM计算包含当前拷贝的盘能支持的附加电视机的数目(TA)。在步骤208中，VPM通过用影视所要求的带宽(B)除以每个盘上的空闲吞吐量(FT)来计算每个盘(d)可支持的附加电视机(A)，并把结果向上取整。
接下来，在步骤210中通过对各包含一个拷贝的盘可支持的附加电视机求和来确定包含拷贝的盘可支持的附加电视机的总数(TA)。然后，在步骤212中，VPM确定是否TA大于或等于所要求的附加电视机总数(N-C)。如果是这样，可简单地通过增加每个拷贝的期望电视机域113来满足重新配制的要求，不用生成新的拷贝。这样，在第214步中VPM开始执行图3A-3D的“分配电视机”过程。
若TA＜N-C，则必须建立新的拷贝。这样，VPM开始执行选择在哪个盘上放置拷贝的步骤，同时考虑BSR。特别地，在第216步计算每个盘(d)的预定吞吐量(UT)，这通过从盘表120中找到的盘的最大吞吐量124(MT)中减去该盘的空闲吞吐量(FT)125而得。在第218步，计算每个盘上影视所使用的空间，这通过从盘的最大空间(MS)121中减去盘表120中该盘的空闲空间(FS)122而得。
在第220步，VPM根据最大空间122和最大吞吐量124计算盘的BSR(图中的BSR)，并根据UT和US计算盘上影视的BSR(UBSR)。然后VPM根据BSR计算UBSR的偏差D。在第222步，根据D的降序对盘排序。在第224步，VPM通过使用下面的准则从D值最高的盘开始以D的降序扫描盘，直至找到足够的盘。
在第224-227步，正被扫描的盘由变量p指示。对每个扫描的盘，要进行四项测试以确定是否要在p上建立影视V的新的拷贝。在第226步中第一项测试检查盘p上是否已有影视V的拷贝。若盘上已有V的拷贝，VPM就不再建立另外的拷贝，而执行第246步扫描下一个盘。
若盘上没有V的拷贝，则在第228中，第二项测试把盘表120中的空闲空间(FS)123与影视表100中影视的尽寸进行比较以确定是否有足够的空间来建立影视的拷贝。若不是这样，在第246中和前面一样VPM扫描下一个盘。若有足够的空间，如下所述，在第230-232步，VPM判断盘上是否有足够的预定空闲吞吐量以至少支持一个电视机。
在第230步，通过用影视V103的盘的空闲吞吐量125除以带宽并将结果向上取整，VPM计算盘p可支持的影视V的附加电视机的个数A(p)。然后在第232步，VPM判断A(p)是否大于或等于1。若不是，则VPM又放弃盘p，并在第246步中考虑下一个盘。若A(p)大于1，则在第234和236步VPM判断建立一个新的拷贝是否会减小盘的BSR偏差D(p)。
在第234步，VPM根据新的预定吞吐量(NT)、新的已利用空间(NS)及新的BSR(NBSR)计算p的新的BSR偏差(ND)。在第236步，比较新的偏差ND和当前的BSR偏差D(p)。若ND大于或等于D(p)，则建立新的拷贝会增大BSR偏差，所以VPM放弃该盘并转到第246步。若ND＜D(p)，则选择盘p保存拷贝。
在第238步，TA增加A(p)以反映当前所选盘的集合可支持TA个附加电视机这个事实，并且在第240步对新的拷贝建立新的拷贝入口110。然后，在第242步，VPM判断TA是否大于或等于N-C，即所需的附加电视机的个数。若TA＞N-C，则已经选定了足够的盘来支持所需数目的电视机。所以在第244步VPM开始执行图3A-3D的“分配电视机”的过程。
若TA＜N-C，则必须选择附加的盘。这样，在第246步，VPM判断是否还有未考虑过的盘。若没有这样的盘，则要求不可能满足。所以在第248步，VPM清除先前所示图1的数据结构并退出，同时向管理者或监督者(它们调用VPM)返回一失败码。若影视服务器含有附加的未考虑过的影视存储盘，则在第247步VPM选择具有次高D值的盘，并重复上面从第226步开始的四项测试。
图3A-3D说明在VPM选定将拷贝放置到哪些盘上之后所执行的处理。在选定盘后，VPM确定如何将期望的电视机分配给各个拷贝，并固定拷贝数。
VPM对含有拷贝的每个盘执行第304-308步。在第304步，VPM检查盘d上是否有V的拷贝。若没有拷贝，则在第306步，VPM在US(d)(盘d上所用空间的大小)上加上影视的尽寸(S)104。在第307步，VPM将标识数组(对每个盘都有一个标识)初始化为0。一个给定盘的标识记作Flag(p)。在以后的处理步骤中。对Flag(p)置1表示VPM正试图通过删除盘p上的拷贝来使拷贝数固定。对盘p上拷贝所期望的加载将转移到其它的拷贝上
在第308步，计算不带有影视V的任何电视机的盘d的BSR偏差D。这通过计算不带有影视V的任何电视机的盘d的已利用吞吐量(UT)和计算基于UT和US的UBSR来得到。由于VPM要对所有的盘重新分配电视机，盘d的期望电视机(E)也被初始化为0，并将指示已分配电视机数的临时变量(TN)初始化为0。
第312-316步构成一个循环，其间将电视机分配给拷贝以最小化BSR偏差，直至分配完所有的电视机。在第321步，选择一个具有带宽足够支持另一个电视机(UT(p)＜＝MT(p)-B)并且Flag(p)为0(表示VPM不准备删除盘上的拷贝)的具有最大BSR偏差D的盘p。盘p的期望电视机E113增1，并重新计算p的UT(p)，UBSR(p)和BSR偏差D(p)。已分配电视机数TN也增1。在第316步，VPM检查TN是否等于N，若不等，则仍须给盘分配TN-N个电视机，所以VPM重新执行第312步。
若TN等于N，则已分配了所需数目的电视机。然后VPM执行320-324步，通过删除拷贝来使拷贝固定。在第320步，VPM对每个盘d计算盘d的空闲吞吐量125 FT(d)，然后计算盘d可支持的附加电视机数A(d)。在第322步，VPM找到影视V的期望电视机113E(1)数为最少的盘(1)，然后将Flag(1)置为1，并在第324步计算那些Flag(1)不为1的盘总共可支持的电视机数TA。若TA＞＝E(1)，则在第326步可删除盘1上的拷贝并且可将该拷贝的电视机转移到其它盘上。然后VPM执行第308步对所有未删除过的盘分配电视机。
若在第326步中TA＜E(1)，则再无拷贝可删除。在第330-348步，VPM执行必要的步骤以删除不需要的拷贝。在第330步，VPM检查拷贝表105中含有第一个拷贝的盘p，若在第332步中盘的期望电视机113E(p)为0，则在第338步VPM检查盘上是否有V的拷贝。若有，则在第340步删除它，并调整盘p上的空闲空间123 FS(p)，在第342步删除盘的该拷贝的入口110。若当前没有拷贝存在也执行第342步。在第342步之后，VPM在第344步检查是否存在另外的拷贝。如果这样，VPM在第346步将p设置到下一个拷贝，然后循环返回第332步。若盘的期望电视机113E(p)非0，则在第334步VPM检查是否已有一拷贝存在，若拷贝不存在，则VPM在第330步建立一个拷贝。然后VPM执行第334步。
若在第334步再没有拷贝，则在第348步VPM成功退出。
第322步选择对删除的期望带宽要求最低的拷贝，通过修改第322步可得到上述系统的替代的实施方式。根据修改，在第322步后，若带宽要求最低的拷贝大于一预定的阈值(例如，对影视总的期望要求的25％)，VPM退出(结束第II阶段)。这样，在这种情况下，不选择删除此拷贝(以及随后的具有更高期望带宽的拷贝)。
通过最佳实施方式的形式说明了本发明后，那些熟练的技术人员可做出各种修改和改进。这样就可以理解最佳实施方式是作为例子而非限制性的。本发明的范围在所附权利要求中说明。

Claims (9)

1.一种影视服务器的多个存储装置间影视的均衡布局方法，包括如下步骤：
(a)确定每个存储装置的带宽与空间的比(BSR)；
(b)对每个存储装置，确定存于其上的影视期望需要的带宽与存于其上的影视所需的总存储空间的比率，并且
(c)把影视重新分布到各存储装置上使得对每个存储装置，步骤(a)中确定的BSR与步骤(b)中确定的比率之间的偏差最小。
2.权利要求1中的方法，其特征在于存储装置包括逻辑盘。
3.权利要求1中的方法，其特征在于影视为电影。
4.权利要求1中的方法，其特征在于每个影视可有多个拷贝存于存储装置的不同装置上，并且重新分布的步骤包括建立和删除拷贝以及对每个拷贝赋予期望带宽。
5.权利要求4中的方法，其特征在于重新分布由对来自系统管理员的命令的响应而引起，并且对每个命令只对一个单独的电影文件重新分布。
6.权利要求1中的方法，其特征在于重新分布包括如下步骤：
确定对已有拷贝重新赋予期望带宽的要求是否足以满足对系统上所有影视的期望要求；
当重新赋值不足以满足要求时，则选择能容纳新的拷贝的其它存储装置并在其上建立新的拷贝，并且将期望的带宽要求分配到已有的和新的拷贝上。
7.权利要求6中的方法，其特征在于它包括进一步的步骤来确定对每个存储装置的当前带宽要求，并且只试图在具有足够的当前带宽以完成建立过程的存储装置上建立新的拷贝。
8.权利要求1中的方法，其特征在于每个影视可有多个拷贝存于存储装置的不同装置上，并且重新分布的步骤包括：
(d)判断一个拷贝的期望带宽是否小于一预定的阈值；
(e)判断一个拷贝的期望带宽是否可在同一影视的其它拷贝上重新分布；
(f)当条件(d)和(e)满足时，删除拷贝并将其期望带宽重新赋给其它拷贝。
9.一种用于在多个逻辑盘上有多个影视的影视服务器上的影视布局系统，包括：
(i)用于接收来自系统管理员的命令的装置；
(ii)对所述命令做出反应的装置，该装置确定每个逻辑盘的带宽与其空间的比率(a)，和对每个逻辑盘确定在放置过程中盘上所存的影视文件期望需要的带宽与盘上所存的影视所需的总存储空间的比率(b)；以及
(iii)把影视重新分布到各逻辑盘的装置，所述重新分布装置使得对每个逻辑盘，比率(a)与比率(b)之间的偏差最小。
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