一个基于操作系统的分布式多媒标准体系统的架构.doc

一个基于操作系统分布式多媒体系统架构序言分布式多媒体应用程序引入了新在全部系统设计挑战水平从网络协议和操作系统应用程序支持平台。本文描述了一个面向对象体系结构整合网络服务和操作系统支持分布式多媒体系统。体系结构,称为动态对象体系结构(DOA),是基于开放分布式处理(ODP)、国际标准在分布式系统和用户机-服务器体系结构。DOA利用面向对象技术来满足需求分布式多媒体系统如连续媒体,自然同时、动态质量服务(QoS)和组通信。架构还提供了一个路径使用成熟行业标准开发新应用程序,同时保留旧应用程序兼容性。1介绍分布式多媒体应用程序引入了新在全部系统设计挑战水平从网络协议和操作系统应用程序支持平台。早期多媒体系统(彩信)提供了一个硬件前端支持传输和表示不一样媒体类型这么作为视频和音频。然而,现在认识到这是不够,一个类应用程序这需要直接访问连续媒体数据类型存在。它一直是公认操作系统是需要促进多媒体应用程序,另外,它也被认出这微内核,用户级线程和分裂水平调度全部饰演着关键角色,在支持连续媒体。小研究,不过,完成了在网络操作系统集成服务功效来支持分布式多媒体系统(DMS)。这一集成关键目标是保持透明度之间网络通信协议和应用程序从而许可程序员使用熟悉概念而调用远程操作。彩信有一定特点,现有支持传统系统在技术上是无法处理。这些包含连续媒体、自然同时,动态服务质量(QoS)和组通信2。比如,因为连续性质多媒体数据、缓存不能被有效地用于提升数据访问速率彩信。另外,这个连续数据特征使静态语义传统遥控器过程调用(RPC)在彩信不适宜。尽管并行I/O技术已经有效地用于提升I/O速率在传统系统同时延迟需求多媒体应用介绍另一个维度问题。具体来说,套实时演示设备在多媒体系统必需绑在一起所以,她们消耗数据在固定比率甚至当她们输入数据起源于不一样起源。即使数据传输在传统应用程序强调只有数据可靠性,同时延迟需求多媒体系统需要数据传动不仅是可靠,但也不太敏感。OS1参考模型和协议还展示一些局性多媒体应用。尤其是,在传统应用程序值QoS参数是静态生命周期中一个连接。然而,在多媒体应用,它是可取能够重新磋商QoS参数值在运行时(1)。这是不可能目前OS1协议。另外,点对点OS1参考模型特点也让它不适合组通信15。集团沟通一个经典多媒体应用,是经典是多媒体会议。分布式多媒体环境通常会是异构,由很多不一样工作站各组件由一个或多个类型网络。这个固有非均质性,它是关键是DMS是开放。方法担保需要互联互通、互操作性和可移植性。尽管用户端-服务器分布式系统支持一个等级互操作性,经验这么系统一直关键由当地域域网络(lan)。基础用户机-服务器模型不太可能提供完整处理方案DMSs。因为迁移复杂性从当地吗分布式系统更多全球系统9。这个面向对象方法在处理了期望这种复杂性。所以,我们采取标准化工作开放分布式处理(ODP)IS0和使用封装和继承财产面向对象来提升互操作性。在本文中,我们发展动态对象体系结构(DOA)作为一个架构整合网络服务和操作系统。这种架构基于开放分布式处理(ODP),国际标准分布式系统和用户机-服务器体系结构。利用面向对象DOA技术处理新需求分布式多媒体系统如连续媒体,自然同时、动态QoS和组通信。体系结构还提供了一个路径,建立良好行业标准能够用来开发新应用程序方便吗和旧应用程序兼容性。本文其它部分组织以下。第二节调查相关工作在这个区域。第三节提出了一个简单概述OSI和ODP标准。第四节给出我们动态对象体系结构(DOA)基于ODP和参考模型面向对象技术。第五部分叙述了实现DOA关键组件。我们“得出摘要在第六节简明注意正在进行工作。2相关工作在这一节中,我们回顾部分以前工作在这区域。研究在操作系统支持多媒体应用迄今落入两大类别。在第一个类别,努力执导关键是在构建定制软件运行在专门硬件支持多媒体应用程序。经典努力在这个方向包含潘多拉系统5,飞马座项目6和IBM BeiTS系统11 4。在第二个类别,现有操作系统修改为包含支持多媒体应用程序。例子包含IJNIX工作调度器8SVR4,扩展到合唱微核3和线程实现在艺术操作系统线程中实施系统伊利诺伊州。潘多拉5,一个试验系统网络多媒体应用程序,使用一个子系统来处理多媒体外围设备。它使用transputers,奥卡姆相关代码来实现时间至关关键函数。流实现基于独立数据段包含信息交付、同时和错误恢复。缓冲区分配方案许可运输音频和视频格式数据。这是经过使用两个专业类型缓冲区:解耦缓冲区进程之间或硬件单元,不一样时运行,使流和追回缓冲区伴随抖动是当地时钟同时。在飞马座项目6,试图设计和实现一个通用操作系统支持分布式多媒体应用。关键目标之一是该项目标促进用户级多媒体交互式处理数据同时维护全部理想属性一个分布式系统如资源共享、数据共享、安全性和容错。飞马座使用一个共享地址空间为当地组相互信任机器,分享相同数据表示。对象存放我定制来有效管理持久化对象和多媒体数据和文件系统是日志结构。IBM已经开发了一个新一代端到端通信系统称为HeiTS4。HeiTS是设计用于处理高速数据应用程序和多媒体应用程序在IBM s小系统线(PS / 2在OS / 2和RlSC系统/60在AIX)。两个有很多吸引人特征在HeiTS是满足实时要求和高效数据处理能力。HeiTS使用线程来处理视听数据流和实时需求。一个资源管理系统在HeiTS实施支持这个吗种调度。它许可最大努力和确保连接,和提供调度程序必需信息实时调度。和尊重高效数据处理、高性能缓冲区管理系统已经实现了它支持数据分段和重组单位、链接和锁定缓冲区。净效应这些特征是降低费用和降低很多无须要数据系统中运动。HeiTS还实现了较低四层OS1参考模型,允很多播网络层、多路复用数据链路层,分割,端到端流控制。在8一个方法使用现有操作系统加工连续媒体数据是提供。结果表明,现有调度器在UNIX SVR4中当处理连续媒体应用程序是不能接收。一个新调度类SVR4在性能上提供了显著提升，超出现有UNIX SVR4调度和分析。一个微内核基础方法来处理需求连续媒体也被提议3。具体来说,在3,它扩展了合唱微内核体系结构支持端到端质量服务(QoS)提议。关键概念处理代表QoS控制通信用户级线程之间可能存在不一样机器上, 分割级调度架构和一个进程基础水平调度架构传输协议。用户级线程一个实现ARTS操作系统讨论了11。对两个经典线程周期和非周期线程进行了描述。周期性线程,被定义为开始时间，期间,期限和最差情况下实施时间,而非周期性线程被定义为最终期限,最糟糕情况实施时间和最坏情况间隔时间。ARTS支持分裂等级用户调度方案处理用户级线程调度管理水平在一个高等级调度器需要一个全局视图在全部过程中。一个期限处理程序也能够被定义在一个线程-线程基础来处理服务质量退化问题。这些作品证实使用微内核，用户级线程和分裂级调度方案在支持连续媒体时饰演着关键角色。然而,大量工作是必需操作系统功效整合和网络服务。其它相关工作在DMS一直在该地域通信和网络12。在端系统架构,工作在10,7,17是太摘要代表一个实际端系统。另外,假设基础ISO / OSI模型,而不是提议扩展,这些不一样研究工作被限制在自己能力,以满足新吗DMS要求。3 OS1和ODP标准在我们开始讨论DOA架构时,首先,让我们往返顾OS1和ODP标准。这个IS0 OS1提供了一个框架来沟通协议16。它组织协议为七层并指定每一层功效和用户程序运行在应用程序层。尽管一个相关OSI-RM具体描述超出了本文范围(见16,13),我们简明地强调每一层目标在模型中。第一层或物理层，隐藏本质物理媒体从数据链路层最大化更高层协议可移植性。第二层或数据链路层，负责错误无偿数据传输数据链接。第三层或网络层,提供互连服务。它提供了透明度在网络拓扑结构为好作为透明性传输媒体使用每个子网络组成网络。第四层或传输层,负责可靠地移动数据从一个端系统到另一个端系统。而提供端到端服务运输层处理数据传输结束之间系统,这三个最高层(会话、表示和应用程序)提供一个决定服务。第五层或会话层主，关键负责协调功效。而第六层或表示层，负责表示函数。第七层或应用程序层，提供了休息通信功效可能是特定到一个类或通用应用程序。正如已经提到,这个标准来实现包含沟通和非沟通标准。ODP是非沟通演变标准地址分布处理在一个开放系统环境。ODP是共同努力结果,IS0和国际电报电话咨询委员会来制订统一标准跨多个系统和组件。最初目标ODP是一个参考模型来集成一个广泛未来ODP标准分布式系统和保持一致性这么系统,尽管异质性在硬件、操作系统、网络、编程语言、数据库和管理当局9。ODP参考模型(ODP-RM)14服务分布式处理模型方面功效组件,识别抽象等级服务能够被描述,分类组件之间界限,识别通用函数由分布式系统,显示模型元素能够组合实现ODP。ODP标准列出了七个不一样方面ODP系统。每一个方面是一个逻辑分组功效性需求分布式系统。这七个方面是存放、过程、用户访问、分离、判定、管理和安全。每一个方面能够从五个不一样方法。这五个见解是企业、信息、计算、工程和技术见解9。每个见解造成了一个表示或一个抽象系统一个方面强调一个特定问题。企业视点是关心社会,管理,金融和法律政策问题,限制人类和机器角色分布式系统和它环境。信息见解集中于信息建模和流,再加上结构和信息处理约束。计算见解关注结构应用程序组件和数据交换和控制在她们中间。工程见解和机制,提供分布幻灯片到应用程序组件。这个技术视角见解关注限制经过技术和组件从哪个分布式系统被构建。我们目标是整合网络服务操作系统支持分布式多媒体58系统。最关键要求是透明度。另外,我们关心是互操作性和可移植性见解对操作系统支持系统相关结束,而不是通信相关。鉴于这些需求和部分OS1模型缺点和尊重多媒体应用程序(请参见l),我们采取ODP作为合适模型来处理这些问题。4动态对象架构在这一节中,我们描述了动态对象体系结构(DOA)和显示它关系参考模型打开分布式处理(RM-ODP)。DOA是一个分层架构为集成网络服务和操作系统为了支持DMS。它支持机制,隐藏底层系统异构性从用户和应用程序。这些机制不仅处理这些在网络服务通常问题作为访问,位置,迁移,同时发生,失败,和透明度,但还支持多媒体应用特点,如连续媒体、自然同时,动态QoS和组通信。这个最基础架构概念,我们使用是动态对象概念。动态对象利用面向对象技术和提供网络服务和动态功效和语义来满足新需求DMS。结构DOA完全依据ODP系统总体架构。因为ODP是一个国际标准在分布式系统,DOA基于ODP合适反应分布式应用程序性质和维护跨系统一致性,尽管异质性在硬件、操作系统、网络编程语言、数据库和管理当局。所以,集成了分布、互操作性DOA和可移植性,并提供一个开放基础设施对于DMS。包含四个对象DOA Xayc rs作为图2所表示。这些全部是：计算对象,工程对象,透明度对象和细胞查对象层。4.1计算对象层计算对象层指定计算结构和申明属性对象之间交互。它聚焦于结构对应用程序组件和交流数据和控制在她们中间。这是一个经典应用程序平台基于用户机/服务器模型。计算对象层包含用户机和对象实体。一个用户端是一个实体,期望调用一个操作在一个目标对象实体。一个对象是一个可识别封装实体提供一个或吗Computauonal维e lComputauonalObjecls计算对象层Engmeenng模型查对象打开分布式处理参考模型。在左边显示动态对象体系结构(DOA)和th。e权利是对应参考模型分布式处理开放(RM - ODP)。更多服务,用户端能够请求。一个cllient能够识别对象,并知道服务对象能够提供,但不能访问内部一个对象结构。一个对象能够创建和摧毁了因为实施对象请求。对于举个例子,在一个多媒体会议上,当一个人加入会议,一个对象实体被创建。当人退出会议,cortesponding对象实体被摧毁。4.2工程对象层工程对象1 a。你关注机制确保实现应用程序性能组件结构中界定计算对象层。在工程对象层,组件用户端实体包含动态对象接口(DOI),该接口库(IR)和接口定义语言(IDL),即使组件一个对象实体包含IDL和对象适配器(OA)。4.2.1动态接口（DOI）一个用户端程序使用DOI到名称请求目标对象并调用对象上沟通支持(OCS)服务,以添加所需参数请求。当一个用户端程序调用一个操作在一个对象, 对应DOI被称为目标对象。这个DOI负责组织所需信息来实施操作在呼吁一个传输机制,如RPC,套接字来说,中华语文研习所,或NetBIOS、交付请求到目标对象来实施。在传统电话,每个DOI对象对应一个特定操作在一个特定目标。我们把它叫做静态调用接口。因为多媒体动态需求沟通、静态cad界面是装备不良动态对象接口(DOI)59处理多媒体通信。比如,在一个多媒体会议,要求系统资源是动态。这可能造成组员加入或离开一个会议在会话。一个结果可能是,服务质量(QoS)协商会议开始时候不再是合适。所以,一个需要重新磋商&OS。传统上,这将由终止目前会话和开启一个完全新会话。这种技术显然是不适宜,所以,需要能够动态地重新谈判获取QoS方法,是透明当事人在正在进行会议。也有其它动机动态接口在多媒体应用程序。比如,考虑一个经典getvideo()函数和一个静态接口这将检索一个视频节目点播。两关键问题和这种类型静态接口是:1大量视频数据将被转移到用户端在一次饱和网络。2之间同时和媒体内一个动态接口将处理这些问题。在我们DOA,DO1用于实现动态接口。它关键功效是两个褶皱:1接口重建:用户端调用重构以满足动态语义。比如,GetVideo是,通常情况下,添加所需限制媒体同时。这个过程对用户机隐藏起来。一旦它结构新请求,OCS提供它一个对象适配器之前,解析请求安排其实施。2接口继承:这是用于传统数据通信接口和固定多媒体应用程序接口。通常,接口对于数据通信能够是静态。所以,假如我们对全部接口调用动态调用效率接口将会降低,因为一个动态调用开销显然比一个静态调用。换句话说,它是可取使动态调用只在需要地方。我们使用接口继承直接利用现有接口而不是重建请求对象实体。其次,我们也能够节省部分呼吁多媒体通信接口库从而提升系统效率。这是经过使用继承在目前接口而不是构建一个新接口。4.2.2接口存放库接口库支持DO1经过存放对象代表IDL信息以一个使用在运行时。在收到一个应用程序请求,一个用户端通常责问该接口存放库这个DO1确定接口能够满足请求。假如需要,用户端能够使用动态调用接口原语构建论点一个请求列表选中目标对象。一旦它结构请求,通信支持把它交付给一个对象适配器,解析请求之前安排其实施。这个用户机能够调用接口库直接和决定满足要求接口。然后它使用DO1原语构建请求。第4.2.3接口定义语言(IDL)IDL描述了操作和相关属性一个对象接口其它方面该系统能够了解。IDL也成为可能翻译资源所提供功效面向对象接口。实际上,它是用来定义DO1和提供信息,现有编程语言不提供。从IDL,DO1和对象适配器能够自动生成经过一个IDL编译器。IDL是来自c+和添加额外信息包含方向在哪些参数旅行,判别器和如此对。4.2.4对象适配器分布式多媒体系统成为可能这个合成现有对象存在整个系统。这些对象实体能够有不一样建筑。对象适配器提供了对象交流平台,为便携式对象实现。对象适配器含有双重目标。首先,她们提供关键接口,经过该对象实现调用对象通信支持服务。其次,她们增加了基础对象通信支持模型经过实现支持对于富裕对象建模功效。另外,对象适配器提供一个通用接口全部对象实体。通用接口支持参考对于新对象实体,同时提供兼容性对于老对象实体。经过继承,一个对象适配器能够扩展到一个库对象适配器为了支持不一样对象实体。图3显示了组件和接口DOA。尤其注意这个回调函数调用接口从对象适配器对象实体。这是类似于回调函数在X f窗口。4.3透明度对象层一个计算对象能够造访一个号码透明度对象透明对象层。每个对象代表了一个系统透明度财产要求实现分布透明度。在每一个终端系统透明度对象要求服务查对象层，一个抽象当地主机环境，和所述通信服务所必需核间相互作用。透明度对象层包含OCS。业主立案法团提供服务之间传输请求用户端和对象。这些服务包含源谈判、目标定位、消息交付和方法绑定。在这里,方法绑定意味着这一个虚拟调用绑定到多媒体语义和混凝土网络连接。在其次,主机环境和通信协议分布可能不一样,因为分布式系统性质。OCS提供了接口这面具差异机制发觉在不一样分布。而动态对象接口提供了一个用户端和多媒体语义接口,OCS是完全透明,用户端。4.4细胞查对象层细胞查对象层包含cornmunication协议栈。通信协议堆栈提供网络服务依靠。endsystem。传输层,顶部拉,你通信协议栈,提供网络和通信服务商务透明度对象层。原因在于,很多异构系统能够经过TCP / IP是相互关联这通常提供了传输层服务。这将促进使用实际上行业标准在开发新服务,以满足DMS要求。服务接口通信协议栈提供包含RPC,套接字来说,中华语文研习所或NetBIOS。这些广泛使用工业标准促进新应用程序之间兼容性和老应用程序。另外,她们还提供一个路径平稳过渡从传统数据DMS通信服务,新服务。