云端运算图形服务器及云端运算图形服务方法

摘要

一种云端运算图形服务器及云端运算图形服务方法，该云端运算图形服务器经由网络耦接至客户端主机，且包括多个后端图形服务器以及至少一前端图形服务器。所述后端图形服务器分别包含至少一图形处理器。前端图形服务器经由高速网络耦接至所述后端图形服务器，经由网络接收客户端主机所发出的请求，决定该请求所需执行的多个应用程序，自所述后端图形服务器选取分别对应于所述应用程序的多个被使用后端图形服务器。被使用后端图形服务器依据前端图形服务器的控制以所述图形处理器分别执行所述应用程序其中之一以分别产生多个图形表面，而前端图形服务器将图形表面混和以产生视窗表面数据流并将视窗表面数据流经由网络回传至客户端主机以供显示。

说明书

技术领域

本发明有关于云端运算(cloud computing)，特别是有关于 云端运算图形服务器(cloud-computing graphic server)。

背景技术

图形服务器(Graphic server)用以为客户端主机提供图形处 理的服务。图1为一般的图形服务器106的区块图。图形服务器 106包括一至多个图形处理器112、114，所述图形处理器可提供 图形处理服务以产生图形表面(graphic surface)。客户端主机102 经由网络104连接至图形服务器。由于客户端主机102本身缺乏 图形处理的能力，当客户端主机102需要图形处理服务时，客户 端主机102便通过网络104向图形服务器106发送请。当图形服务 器106通过网络104接收到客户端主机102所发送的请求，图形服 务器106便利用图形处理器112、114提供图形处理服务以产生图 形表面，再将图形表面经由网络104回传至客户端主机102。

然而，图形服务器通常不会仅对单一的客户端主机提供服 务。当多个客户端主机同时向图1的图形服务器106送出请求 时，由于图形服务器106仅包含图形处理器112、114而仅具有限 的图形处理能力，无法对所有的客户端主机提供图形处理服 务，因此势必有部分的客户端主机必须等待较长的延迟时间才 能得到图形服务器106提供的服务，而使服务品质下降。另外， 若增加图形服务器所包含的图形处理器的数量，由于对图形处 理器的管理多由软件实行，管理的复杂度较高，也无法确保管 理的效能。另外，若同时以多个图形服务器通过网络对客户端 主机提供图形处理服务，由于不同的图形服务器包含不同型态 的图形处理器，需要以不同的指令进行管理，因此几乎无法以 统一的架构管理多个图形服务器。为避免上述问题所造成的缺 点，因此需要一种新型态的云端运算图形服务器，以提高对客 户端主机提供的服务品质。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种云端运算图形服务 器(Cloud-computing graphic server)，以解决现有技术存在的问 题。于一实施例中，该云端运算图形服务器经由一网络耦接至 一客户端主机(client host)，包括多个后端图形服务器(back-end  graphic server)以及至少一前端图形服务器(front-end graphic  server)。所述后端图形服务器分别包含至少一图形处理器 (Graphic processing unit，GPU)。该前端图形服务器经由一高速 网络耦接至所述后端图形服务器，经由该网络接收该客户端主 机所发出的请求，决定该请求所需执行的多个应用程序，自所 述后端图形服务器选取分别对应于所述应用程序的多个被使用 后端图形服务器。其中所述被使用后端图形服务器依据该前端 图形服务器的控制以所述图形处理器分别执行所述应用程序其 中之一以分别产生多个图形表面(graphic surface)，而该前端图 形服务器将所述图形表面混和(blend)以产生一视窗表面数据流 (windows surface data stream)并将该视窗表面数据流经由该网 络回传至该客户端主机以供显示。

本发明还提供一种云端运算图形服务方法。于一实施例 中，一云端运算图形服务器经由一网络耦接至一客户端主机 (client host)，且该云端运算图形服务器包括至少一前端图形服 务器(front-end graphic server)以及经由一高速网络与所述至少 一前端图形服务器相耦接的多个后端图形服务器(back-end  graphic server)，且所述后端图形服务器分别包含至少一图形处 理器(Graphic processing unit，GPU)。该云端运算图形服务方法 包括以下步骤：首先，以该前端图形服务器经由该网络接收该 客户端主机所发出的请求。接着，以该前端图形服务器决定该 请求所需执行的多个应用程序，并自所述后端图形服务器选取 分别对应于所述应用程序的多个被使用后端图形服务器。接 着，以所述被使用后端图形服务器依据该前端图形服务器的控 制使用所述图形处理器分别执行所述应用程序其中之一以分别 产生多个图形表面(graphic surface)。接着，以该前端图形服务 器将所述图形表面混和(blend)以产生一视窗表面数据流 (windows surface data stream)，并将该视窗表面数据流经由该网 络回传至该客户端主机以供显示。

本发明能够提高对客户端主机提供的服务的品质。

附图说明

图1为一般的图形服务器的区块图。

图2为依据本发明的云端运算图形服务器的区块图。

图3为依据本发明的云端运算图形服务器的运作流程图。

图4A及图4B为依据本发明的云端运算图形服务器的一实 施例的详细区块图。

图5A为依据本发明的叠合两图形表面以形成一视窗表面 的示意图。

图5B为依据本发明的剪切两图形表面以形成一视窗表面 的示意图。

图5C为依据本发明的缩放两图形表面以形成一视窗表面 的示意图。

图6为依据本发明的混合多个三维表面以形成一视窗表面 的示意图。

附图中符号的简单说明如下：

104：网络；106：图形服务器；112，114：图形处理器； 202、204：客户端主机；206：网络；222，224：前端图形服务 器；226，228：后端图形服务器；230：高速网络；410：客户 端主机；412：输入装置；414：鼠标；416：键盘；418：触控 式屏幕；420：输入包裹器；421：远端图像派遣器；422：网络 界面；423：音频解码器；424：视频解码器；425：视窗表面； 426：声音装置；427：显示器；430：前端图形服务器；431： 网络界面；432：命令处理器；433，434：远端应用程序转接器； 435：本地端应用程序；436，437：网络界面；448：数据储存 装置；450，470：后端图形服务器；451，471：网络界面；452， 472：命令处理器；453：应用程序1；473：应用程序2；454， 474：图形处理器；458，478：数据储存装置；441：表面管理 模块；442：视窗表面；443：图形处理器；444：视频编码器； 445：2D/3D引擎；446：音频混合器；447：音频编码器。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易 懂，下文特举数较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如 下。

图2为依据本发明的云端运算图形服务器(cloud-computing  graphic server)220的区块图。于一实施例中，云端运算图形服 务器220经由网络206耦接至多个客户端主机202、204，并通过 网络206为客户端主机202、204提供图形处理服务。于一实施例 中，云端运算图形服务器220包括一接入服务器(connection  server)235、多个前端图形服务器(front-end graphic server)222、 224以及多个后端图形服务器(back-end graphic server)226、 228。接入服务器235以及前端图形服务器222、224直接耦接至 网络206。后端图形服务器226、228经由一高速网络230耦接至 前端图形服务器222、224。每一后端图形服务器226、228分别 包含至少一图形处理器(Graphic processing unit，GPU)，以提供 图形处理服务。

当客户端主机202欲使用云端运算图形服务器220所提供的 图形处理服务时，客户端主机202会向接入服务器235发出请 求。接入服务器235接着经由网络206依据客户端主机202的IP 地址(address)寻找与客户端主机202网络网址较为接近的前 端图形服务器，再将客户端主机202的请求转送至被选派的前端 图形服务器，以节省客户端主机202与前端图形服务器相互传送 数据所需的时间。举例来说，若前端图形服务器222位于北京， 前端图形服务器224位于上海，而客户端主机202位于北京，则 接入服务器235会将前端图形服务器222指派予客户端主机 202。另外，接入服务器235还会比对前次处理客户端主机202 的请求的前次前端图形服务器与本次指派的前端图形服务器 222是否相同。若前次前端图形服务器224与本次前端图形服务 器222不相同，接入服务器235会指示前次前端图形服务器224 将对应于客户端主机202的使用者设定及使用者数据复制至本 次前端图形服务器222，以供本次前端图形服务器222处理客户 端主机202的请求。

接着，前端图形服务器222由网络206接收客户端主机202 送出的请求，并决定客户端主机202的请求所需执行的多个应用 程序(application)。接着，前端图形服务器222自云端运算图形 服务器220所包含的多个后端图形服务器226、228中选取部分后 端图形服务器，以分别执行客户端主机202的请求所需要的应用 程序。于一实施例中，前端图形服务器222侦测后端图形服务器 226、228是否处于忙碌(busy)状态并侦测后端图形服务器226、 228的网络延迟状态，接着选取未处于忙碌状态且具有较低的网 络延迟的后端图形服务器226、228，以执行客户端主机202的请 求所需要的应用程序。

接着，被选取的后端图形服务器226、228依据前端图形服 务器222的控制，而使用其中包含的图形处理器分别执行应用程 序其中之一以产生多个图形表面(graphic surface)。后端图形服 务器226、228所产生的图形表面经由高速网络230被传送至前端 图形服务器222。接着，前端图形服务器222将各应用程序所对 应的所述图形表面混和(blend)以产生一视窗表面(windows  surface)。接着，前端图形服务器222将包含一系列视窗表面的 视窗表面数据流进行编码以产生编码视窗表面数据流，并将该 编码视窗表面数据流经由网络206回传至客户端主机202。最 后，客户端主机202将自网络206所接收的编码视窗表面数据流 解码，以得到视窗表面数据流，并将视窗表面数据流显示于一 显示器上。

由于图2的云端运算图形服务器220可包括多个后端图形服 务器，因此可利用多个后端图形服务器所提供的强大图形处理 能力而同时处理多个客户端主机的请求，而不会造成较长的延 迟时间，从而提升了图形处理服务的品质。此外，多个后端图 形服务器即使包含了不同的图形处理器，但不同的图形处理器 由多个后端图形服务器分别管理而不需统一管理，而由多个后 端图形服务器向前端图形服务器提供服务，因此不需要复杂的 管理架构而简化了系统设计。因此，图2的云端运算图形服务器 220具有较图1的图形服务器106更加优越的性能。

图3为依据本发明的云端运算图形服务器220的运作流程 图。首先，客户端主机经由接入服务器登入(login)前端图形服 务器(步骤302)。接着，前端图形服务器寻找可用的后端图形服 务器(步骤304)。同时，前端图形服务器载入使用者数据(user  data)，并载入使用者界面(user interface)。接着，后端图形服务 器经由高速网络将其忙碌状态及网络延迟状态回复前端图形服 务器(步骤306)。接着，前端图形服务器将使用者界面传送至客 户端主机供显示(步骤308)。

接着，当客户端主机接收到使用者输入的命令，客户端主 机会将使用者输入的命令经由网络传送至前端图形服务器(步 骤310)。接着，前端图形服务器与后端图形服务器建立连线并 使后端图形服务器执行应用程序(步骤312)。若后端图形服务器 未包含欲执行的应用程序时，前端图形服务器将该应用程序载 入至后端图形服务器中。接着，后端图形服务器执行应用程序 并运用图形处理器以产生对应于应用程序的图形表面(graphic  surface)，并将图形表面传送至前端图形服务器(步骤314)。

接着，前端图形服务器混和各应用程序的图形表面，以产 生视窗表面，以传送至客户端主机。接着，前端图形服务器向 后端图形服务器发送结束通知(步骤316)。接着，后端图形服务 器向前端图形服务器发送结束确认(步骤318)。接着，后端图形 服务器将使用者数据复制至前端图形服务器，以供长期储存(步 骤320)。接着，前端图形服务器将客户端主机显示的视窗表面 更新(步骤322)。接着，客户端主机登出前端图形服务器(步骤 324)。最后，前端图形服务器记录对应于客户端主机的使用者 设定值，并记录后前端图形服务器的路由数据，以备客户端主 机下次请求时使用。

图4A及图4B为依据本发明的云端运算图形服务器的一实 施例的详细区块图。首先，客户端主机410包含一输入装置412 以接收鼠标输入414、键盘输入416以及触控式屏幕输入418。接 着，输入包裹器420将鼠标输入414、键盘输入416以及触控式屏 幕输入418包裹为一使用者命令。接着，远端图像派遣器421通 过网络界面422将使用者命令经由网络传送至前端图形服务器 430。

前端图形服务器430经由网络界面431接收使用者命令后， 将使用者命令传送至命令处理器432。命令处理器432接着依据 使用者命令所对应的应用程序将使用者命令分派至远端应用程 序转接器433、434或本地端应用程序435以处理。远端应用程序 转接器433、434分别对应于后端图形服务器450、470。当远端 应用程序转接器433、434接收到使用者命令后，其中的远端命 令派遣器会分别将使用者命令经由网络界面436及437与高速网 络传送至相对应的后端图形服务器450、470。若本地端应用程 序435自命令处理器432接收到使用者命令，则依据本地端执行 码执行使用者命令，以产生本地端图形表面及本地端音频。

后端图形服务器450、470分别对应于应用程序453、473。 当后端图形服务器450、470的网络界面451、471自高速网络接 收到使用者命令后，网络界面451、471将使用者命令传送至命 令处理器452、472。接着，命令处理器452、472将使用者命令 传送至应用程序453、473。应用程序453、473接着依据使用者 命令执行执行码以产生执行结果。图形处理器454、474接着依 据执行码的执行结果产生对应于应用程序453、473的图形表 面。于一实施例中，图形处理器454、474包括二维引擎(2D  engine)、三维引擎(3D engine)、编码/解码器(decoder/encoder) 以及数据处理器(stream process unit)。另外，应用程序453、473 执行执行码亦产生音频数据流。接着，网络界面451、471将应 用程序453、473对应的图形表面以及音频数据流经由高速网络 回传至前端图形服务器430。

当前端图形服务器430经由网络界面436、437分别自后端图 形服务器450、470收到图形表面及音频数据流后，将所收到的 图形表面及音频数据流储存于远端应用程序转接器433、434。 接着，表面管理模块441将远端应用程序转接器433、434储存的 图形表面及本地端应用程序435产生的本地端图形表面混和以 产生一视窗表面442。图形处理器443的视频编码器444接着将视 窗表面442编码而得到编码视窗表面，网络界面431再将编码视 窗表面经由网络回传至客户端主机410。另外，音频混合器446 将远端应用程序转接器433、434储存的音频数据流及本地端应 用程序435产生的本地端音频数据混合以产生一混合音频数 据。音频编码器447接着将混合音频数据编码而得到编码音频数 据，网络界面431再将编码音频数据经由网络回传至客户端主机 410。

最后，客户端主机410经由网络界面422接收来自前端图形 服务器430的编码视窗表面及编码音频数据。接着，视频解码器 424解码编码视窗表面以得到视窗表面425，显示器427再播放视 窗表面425。同样的，音频解码器423解码编码音频数据以得到 混合音频数据，声音装置426再播放混合音频数据。

于一实施例中，前端图形服务器430对多个应用程序的图形 表面的混合处理程序包括对所述图形表面进行剪切(clip)、旋 转、缩放(scale)、叠合(overlay)等处理。图5A为依据本发明的 叠合两图形表面以形成一视窗表面的示意图。假设图形表面502 及503分别为后端图形服务器450及470执行应用程序453、473 所产生。前端图形服务器430接着将图形表面502及503叠合，以 产生视窗表面501。图5B为依据本发明的剪切两图形表面以形 成一视窗表面的示意图。前端图形服务器430将后端图形服务器 470执行应用程序473所产生的图形表面503进行减切后，再与后 端图形服务器450执行应用程序453所产生的图形表面502叠 合，以产生视窗表面504。图5C为依据本发明的缩放两图形表 面以形成一视窗表面的示意图。前端图形服务器430将后端图形 服务器450及470执行应用程序453、473所产生的图形表面502 及503放大后再行叠合，以产生视窗表面505。同样的，后端图 形服务器所产生的图形表面亦可为三维表面。图6为依据本发明 的混合多个三维表面以形成一视窗表面的示意图。假设三维图 形表面601～606分别为多个后端图形服务器执行多个应用程序 所产生。前端图形服务器接着将多个三维图形表面601～606叠 合，以产生视窗表面600。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发 明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神 和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明 的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。