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一个基于操作系统的分布式多媒体系统的架构

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2020年4月19日
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一个基于操作系统的分布式多媒体系统的架构
前言
分布式多媒体应用程序引入了新的在所有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。本文描述了一种面向对象的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),是基于开放的分布式处理(ODP)、国际标准在分布式系统和客户机-服务器体系结构。DOA利用面向对象的技术来满足需求分布式多媒体系统如连续媒体,自然同步、动态的质量服务(QoS)和组通信。架构还提供了一个路径使用成熟的行业标准开发新的应用程序,同时保留旧应用程序的兼容性。
1介绍
分布式多媒体应用程序引入了新的在所有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。早期的多媒体系统(彩信)提供了一个硬件前端支持传输和表示不同的媒体类型这样的作为视频和音频。然而,现在认识到这是不够的,一个类的应用程序这需要直接访问连续媒体数据类型的存在。它一直是公认的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都扮演着重要角色,在支持连续媒体。小研究,可是,完成了在网络操作系统集成服务功能来支持分布式多媒体系统(DMS)。这一集成的主要目标是保持透明度之间的网络通信协议和应用程序从而允许程序员使用熟悉的概念而调用远程操作。
彩信有一定的特点,现有的支持传统的系统在技术上是无法解决的。这些包括连续媒体、自然同步,动态服务质量(QoS)和组通信[2]。例如,由于连续性质的多媒体数据、缓存不能被有效地用于提高数据访问速率彩信。另外,这个连续的数据的特性使静态语义的传统的遥控器过程调用(RPC)在彩信不合适。尽管并行I/O技术已经有效地用于提高I/O速率在传统的系统同步延迟需求的多媒体应用介绍另一个维度的问题。具体来说,套实时演示设备在多媒体系统必须绑在一起因此,她们消耗的数据在固定比率甚至当她们的输入数据来源于不同的来源。虽然数据传输在传统的应用程序强调只有数据的可靠性,同步延迟需求的多媒体系统需要的数据传动不但是可靠的,但也不太敏感。
OS1的参考模型和协议还展示某些局性多媒体应用。特别是,在传统的应用程序的值QoS参数是静态的生命周期中一个连接。然而,在多媒体应用,它是可取的能够重新磋商QoS参数的值在运行时(1)。这是不可能的当前OS1协议。另外,点对点OS1参考模型的特点也让它不适合组通信[15]。集团沟通——一个典型的多媒体应用,是典型的是多媒体会议。
分布式多媒体环境一般会是异构的,由许多不同的工作站各组件由一个或多个类型的网络。这个固有的非均质性,它是重要的是DMS是开放的。方式的担保需要互联互通、互操作性和可移植性。尽管客户端-服务器的分布式系统支持一个级别的互操作性,经验这样的系统一直主要由当地区域网络(lan)。基本的客户机-服务器模型不太可能提供完整的解决方案DMSs。因为迁移的复杂性从本地吗分布式系统更多的全球系统[9]。这个面向对象的方法在解决了希望这种复杂性。因此,我们采用标准化工作开放分布式处理(ODP)的IS0和使用封装和继承的财产面向对象来提高互操作性。
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与操作系统。这种架构基于开放的分布式处理(ODP),国际标准分布式系统和客户机-服务器体系结构。利用面向对象的DOA技术解决新的需求分布式多媒体系统如连续媒体,自然同步、动态QoS和组通信。体系结构还提供了一个路径,建立良好的行业标准能够用来开发新的应用程序方便吗与旧应用程序的兼容性。本文的其余部分组织如下。第二节调查相关工作在这个区域。第三节提出了一个简单的概述OSI和ODP标准。第四节给出我们的动态对象体系结构(DOA)基于ODP和参考模型面向对象技术。第五部分论述了实现DOA的关键组件。我们——“得出摘要在第六节简要注意正在进行的工作。
2相关工作
在这一节中,我们回顾一些以前的工作在这区域。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,努力执导主要是在构建定制软件运行在专门的硬件支持多媒体应用程序。典型的努力在这个方向包括潘多拉系统5,飞马座项目[6]和IBM BeiTS系统11 4。在第二个类别,现有的操作系统修改为包括支持多媒体应用程序。例子包括IJNIX工作调度器[8]SVR4,扩展到合唱微核[3]和线程实现在艺术操作系统的线程中执行系统伊利诺伊州。
潘多拉[5],一个实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重要函数。流实现基于独立的数据段包含信息交付、同步和错误恢复。缓冲区分配方案允许运输音频和视频格式的数据。这是经过使用两个专业类型的缓冲区:解耦的缓冲区进程之间或硬件单元,不同步运行,使流和追回缓冲区随着抖动是本地时钟同步。
在飞马座项目[6],试图设计和实现一个通用的操作系统支持分布式多媒体应用。主要目标之一是该项目的促进用户级的多媒体交互式处理数据同时维护所有的理想的属性的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的机器,分享相同的数据表示。对象存储我的定制来有效管理的持久化对象和多媒体数据和文件系统是日志结构。
IBM已经开发了一种新一代的端到端通信系统称为HeiTS[4]。HeiTS是设计用于处理高速数据应用程序以及多媒体应用程序在IBM ' s小系统线(PS / 2在OS / 2和RlSC系统/60 在AIX)。两个有许多吸引人的特性在HeiTS是满足实时要求和高效的数据处理能力。HeiTS使用线程来处理视听数据流与实时需求。一个资源管理系统在HeiTS实施支持这个吗种调度。它允许最大的努力和保证连接,和提供调度程序的必要的信息实时调度。与尊重高效的数据处理、高性能缓冲区管理系统已经实现了它支持的数据分段和重组单位、链接和锁定的缓冲区。净效应这些特性是降低费用和减少许多不必要的数据系统中运动。HeiTS还实现了较低的四层OS1的参考模型,允许多播的网络层、多路复用的数据链路层,分割,端到端流控制。
在[8]一个方法使用现有的操作系统加工连续媒体数据是提供。结果表明,现有的调度器在UNIX SVR4中当处理连续的媒体应用程序是不能接受的。一个新的调度类SVR4在性能上提供了显著的提升，超过现有的UNIX SVR4的调度和分析。
一个微内核基础的方法来处理需求的持续媒体也被提议[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)的建议。关键的概念处理代表QoS控制通信用户级线程之间可能存在的不同机器上, 分割级的调度架构和一个进程基础水平调度架构传输协议。
用户级线程的一个实现的ARTS操作系统讨论了[11]。对两个典型的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,期限和最差情况下的执行时间,而非周期性线程被定义为最后期限,最糟糕的情况执行时间和最坏情况间隔时间。ARTS支持分裂级别用户调度方案解决用户级线程调度管理水平在一个高级别调度器需要一个全局视图在所有过程中。一个期限处理程序也能够被定义在一个线程-线程基础来解决服务质量退化的问题。这些作品证明使用微内核，用户级线程和分裂级调度方案在支持连续媒体时扮演着重要角色。然而,大量的工作是必须的操作系统的功能整合与网络服务。
其它相关工作在DMS一直在该地区的通信和网络[12]。在端系统架构,工作在[10,7,17]是太摘要代表一个实际的端系统。另外,假设基本ISO / OSI模型,而不是建议的扩展,这些不同的研究工作被限制在自己的能力,以满足新的吗DMS的要求。
3 OS1和ODP标准
在我们开始讨论DOA架构时,首先,让我们来回顾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的功能和用户程序运行在应用程序层。
尽管一个关于OSI-RM的详细描述超出了本文的范围(见[16,13]),我们简要地强调每一层的目的在模型中。第一层或物理层，隐藏的本质物理媒体从数据链路层最大化更高的层协议的可移植性。第二层或数据链路层，负责错误免费数据传输数据链接。第三层或网络层,提供互连服务。它提供了透明度在网络的拓扑结构为好作为透明性传输媒体使用每个子网络组成的网络。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。而提供的端到端服务运输层处理数据传输结束之间系统,这三个最高的层(会话、表示和应用程序)提供一个决定的服务。第五层或会话层主，主要负责协调功能。而第六层或表示层，负责表示函数。第七层或应用程序层，提供了休息通信的功能可能是特定的到一个类或者通用的应用程序。
正如已经提到的,这个标准来实现包括沟通和非沟通标准。ODP是非沟通演变标准地址分布处理在一个开放的系统环境。
ODP是共同努力的成果,IS0和国际电报电话咨询委员会来制定统一标准跨多个系统和组件。最初的目标ODP是一个参考模型来集成一个广泛的未来的ODP标准分布式系统和保持一致性这样的系统,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的功能组件,识别的抽象级别的服务能够被描述,分类组件之间的界限,识别通用函数由分布式系统,显示模型的元素能够组合实现ODP。
ODP标准列出了七个不同的方面ODP的系统。每一个方面是一个逻辑分组功能性需求的分布式系统。这七个方面是存储、过程、用户访问、分离、鉴定、管理和安全。每一个方面能够从五个不同的方法。这五个观点是企业、信息、计算、工程和技术的观点[9]。每个观点导致了一个表示或者一个抽象的系统的一个方面强调一个特定的问题。企业视点是关心社会,管理,金融和法律政策问题,限制人类和机器的角色的分布式系统和它的环境。信息的观点集中于信息建模和流,再加上结构和信息处理约束。计算的观点关注结构应用程序组件和数据的交换和控制在她们中间。工程的观点与机制,提供分布幻灯片到应用程序组件。这个技术视角的观点关注的限制经过技术和组件从哪个分布式系统被构建。
我们的目标是整合网络服务操作系统支持分布式多媒体58系统。最重要的要求是透明度。另外,我们关心的是互操作性和可移植性的观点对操作系统支持系统相关的结束,而不是通信相关。鉴于这些需求和一些OS1模型的缺陷与尊重多媒体应用程序(请参见l),我们采用ODP作为适当的模型来解决这些问题。
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)和显示它的关系参考模型打开的分布式处理(RM-ODP)。
DOA是一个分层架构的为集成网络服务与操作系统为了支持DMS。它支持机制,隐藏底层系统的异构性从用户和应用程序。这些机制不但解决这些在网络服务一般问题作为访问,位置,迁移,同时发生,失败,和透明度,但还支持多媒体应用的特点,如连续媒体、自然同步,动态QoS和组通信。这个最基本的架构概念,我们使用是动态对象的概念。动态对象利用面向对象技术和提供网络服务与动态功能和语义来满足新的需求的DMS。
构造的DOA完全根据ODP系统的总体架构。因为ODP是一个国际标准在分布式系统,DOA基于ODP适当的反映分布式应用程序的性质和维护跨系统的一致性,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。因此,集成了分布、互操作性DOA
和可移植性,并提供一个开放的基础设施对于DMS。包括四个对象的DOA Xayc ' rs作为图2所示。这些都是：计算对象,工程对象,透明度对象和细胞核对象层。
4.1计算对象层
计算对象层指定计算结构和声明的属性对象之间的交互。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。这是一个典型的应用程序平台基于客户机/服务器模型。计算对象层包括客户机和对象的实体。
一个客户端是一个实体,希望调用一个操作在一个目标对象的实体。一个对象是一种可识别的封装的实体提供一个或吗Computauonal维e lComputauonalObjecls计算对象层Engmeenng模型核对象打开分布式处理的参考
模型。在左边显示动态对象体系结构(DOA)和th。e的权利是对应的参考模型的分布式处理的开放(RM - ODP)。更多的服务,客户端能够请求。一个cllient能够识别对象,并知道服务的对象能够提供,但不能访问内部一个对象的结构。一个对象能够创立和摧毁了由于执行对象请求。对于举个例子,在一个多媒体会议上,当一个人加入会议,一个对象实体被创立。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。你关注的机制确保实现应用程序的性能组件的结构中界定的计算对象层。在工程对象层,组件的客户端实体包括动态对象接口(DOI),该接口库(IR)和接口定义语言(IDL),虽然组件的一个对象实体包括IDL和对象适配器(OA)。
4.2.1动态接口（DOI）
一个客户端程序使用DOI到名称请求的目标对象并调用对象上的沟通支持(OCS)服务,以添加所需的参数请求。当一个客户端程序调用一个操作在一个对象, 相应的DOI被称为目标对象。这个DOI负责组织所需的信息来执行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执行。在传统的电话,每个DOI对象对应一个特定的操作在一个特定的目标。我们把它叫做静态调用接口。
由于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。例如,在一个多媒体会议,要求系统资源是动态的。这可能导致的成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)协商会议开始的时候不再是适当的。因此,一个需要重新磋商&OS的。传统上,这将由终止当前会话和启动一个完全新会话。这种技术显然是不合适的,因此,需要能够动态地重新谈判获取QoS的方式,是透明的当事人在正在进行的会议。
也有其它动机动态接口在多媒体应用程序。比如,考虑一个典型的getvideo()函数和一个静态接口这将检索一个视频节目点播。两主要问题与这种类型的静态接口是:
1．大量的视频数据将被转移到客户端在一次饱和网络。
2．之间的同步和媒体内一个动态接口将解决这些问题。
在我们的DOA,DO1用于实现动态接口。它的主要功能是两个褶皱:
1．接口重建:客户端调用重构以满足动态语义。例如,GetVideo的是,一般情况下,添加所需的限制媒体同步。这个过程对客户机隐藏起来。一旦它构造新请求,OCS提供它一个对象适配器之前,解析请求安排其执行。
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。一般,接口对于数据通信能够是静态的。因此,如果我们对所有接口调用动态调用的效率接口将会降低,因为一个动态调用的开销显然比一个静态调用。换句话说,它是可取的使动态调用只在需要的地方。我们使用接口继承直接利用现有的接口而不是重建的请求对象的实体。另一方面,我们也能够节省一些呼吁多媒体通信的接口库从而提高系统效率。这是经过使用继承在当前的接口而不是构建一个新的接口。
4.2.2接口存储库
接口库支持DO1经过存储对象代表IDL信息以一种使用在运行时。在收到一个应用程序的请求,一个客户端一般质问该接口存储库这个DO1确定接口能够满足请求。如果需要,客户端能够使用动态调用接口原语构建论点一个请求的列表选中的目标对象。一旦它构造请求,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执行。这个客户机能够调用接口库直接和决定满足要求的接口。然后它使用DO1原语构建请求。
第4.2.3接口定义语言(IDL)
IDL描述了操作和相关的属性一个对象接口的其它方面该系统能够理解。IDL也成为可能翻译的资源所提供的功能面向对象的接口。事实上,它是用来定义DO1和提供信息,现有的编程语言不提供。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++和添加额外的信息包括方向在哪些参数旅行,鉴别器和如此对。
4.2.4对象适配器
分布式多媒体系统成为可能这个合成的现有对象存在整个系统。这些对象实体能够有不同的建筑。对象适配器提供了对象交流平台,为便携式对象实现。
对象适配器具有双重目的。首先,她们提供主要的接口,经过该对象实现调用对象通信支持服务。其次,她们增加了基本的对象通信支持模型经过实现支持对于富裕对象建模功能。另外,对象适配器提供一个通用的接口的所有对象实体。通用接口支持的参考对于新对象实体,同时提供兼容性对于老对象的实体。经过继承,一个对象适配器能够扩展到一个库的对象适配器为了支持不同的对象实体。图3显示了组件和接口的DOA。特别注意这个回调函数调用接口从对象适配器对象的实体。这是类似于回调函数在X f窗口。
4.3透明度对象层
一个计算对象能够拜访一个号码透明度对象的透明对象层。每个对象代表了一个系统的透明度财产要求实现分布的透明度。在每一个终端系统的透明度对象要求服务的核对象层，一个抽象的本地主机环境，和所述通信服务所必须的核间的相互作用。透明度对象层包括OCS。业主立案法团提供的服务之间传递请求客户端和对象。
这些服务包括源谈判、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的调用绑定到多媒体语义与混凝土网络连接。在另一方面,主机环境和通信协议分布的可能不同,因为分布式系统的性质。OCS提供了接口这面具差异的机制发现在不同分布。而动态对象接口提供了一个客户端和多媒体语义接口,OCS是完全透明,客户端。
4.4细胞核对象层
细胞核对象层包括cornmunication协议栈。通信协议堆栈提供网络服务的依赖。endsystem。传输层,顶部拉,你的通信协议栈,提供网络和通信服务的商务透明度对象层。原因在于,许多异构系统能够经过TCP / IP是相互关联的这一般提供了传输层服务。这将促进使用事实上的行业标准在开发新的服务,以满足DMS的要求。服务接口通信协议栈提供包括RPC,套接字来说,中华语文研习所或NetBIOS。这些广泛使用的工业标准促进新应用程序之间的兼容性和老的应用程序。另外,她们还提供一个路径平稳过渡的从传统的数据DMS的通信服务,新服务。