流媒体服务器中实时传输协议的研究和内核化实现

摘要

近年来，随着高带宽网络、高速存储设备以及媒体编码压缩技术的迅速发展，使得通过网络提供实时流媒体服务成为可能。流媒体服务器中实时传输协议的实现频繁且集中地进行I/O操作。另一方面，流媒体服务器运行在用户模式，用户程序的I/O操作只能通过系统调用向内核提出请求，由内核来完成。这种实现方式较为繁琐。因此，I/O操作已经成为服务器主要的性能瓶颈之一。本文在研究实时传输协议的实现和Linux内核处理I/O请求的过程的基础上，提出和实现了通过实时传输协议内核化实现来提高流媒体服务器性能的方案。本文提出的模型将传统流媒体服务器中实时传输协议的实现部分独立出来，用一个内核线程来执行，将绝大多数I/O操作在内核模式下完成。该模型能够避免传统用户程序的I/O操作中用户模式和内核模式来回切换以及数据拷贝所造成的开销。仿真实验的结果表明：和传统流媒体服务器相比，该模型能够承受的最大并发客户数目和单位时间内完成的最大网络I/O次数都具有明显优势。因此，可以得出结论：该模型在负载较重的情况下，具有较高的资源利用率和系统吞吐量。

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英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2研究现状及本文解决的问题

1.3本文的主要工作及章节安排

第二章流媒体技术

2.1流媒体技术概述

2.1.1流媒体的概念

2.1.2流媒体的发展

2.1.3流式传输的基础

2.1.4流媒体系统

2.2流媒体相关的网络协议

2.2.1实时流协议

2.2.2实时传输协议

2.2.3实时传输控制协议

第三章实时传输协议与I／O操作

3.1实时传输协议的研究

3.1.1实时传输协议的设计原则

3.1.2 RTP会话

3.1.3 RTP包格式

3.1.4 RTP包的有效性

3.1.5生成RTP包

3.1.6小结

3.2实时传输协议实现中的I／O操作

3.2.1相关概念简介

3.2.2 Linux基于系统调用的I／O请求处

3.2.3 Linux系统调用中模式切换的性能开销

3.3在Linux内核实现实时传输协议

3.4本章小结

第四章 RTP内核化的流媒体服务器设计

4.1 RTSP子系统

4.2共享内存

4.2.1 Linux中内核模式和用户模式之间的通信

4.2.2跨越内核模式和用户模式的共享内存

4.3 RTP子系统

4.4媒体文件解码

第五章 RTP内核化的流媒体服务器的实现

5.1 Linux内核模块和内核编程环境

5.1.1内核模块概述

5.1.2内核编程环境

5.2 RTP内核化的流媒体服务器的实现

5.2.1主要数据结构

5.2.2任务调度模型

5.2.3 RTSP子系统

5.2.4共享内存

5.2.5 RTP子系统

5.3仿真实验

第六章总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果