聊聊CDN与高性能流媒体服务器的关键技术设计( 五 ) _CDN

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假设令牌桶的容量为 D（单位：字节），产生令牌的速率为 v（单位：字节/秒），输出数据的最大速率为 V（单位：字节/秒），突发的时间为 s（单位：秒）。当突发数据来临前假设桶中的容量为 D-C，则有：

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经过变型，则有：

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由此可以计算出所能承受的突发时间，从而可以根据系统突发时间上限在代码中进行设置。
令牌桶实现 Shaper 模块的主要接口如下：
(1) bool Udp Shaper Channel()
此函数实现的功能是以 UDP 方式发送媒体数据，首先根据时间戳下发 ret 数据，之后发送媒体数据，如果成功则返回 True，失败则返回 False 。
(2) void Interleaved Shaper Channel()
此函数首先发送信令（发送信令的时戳为当前时间），再根据时戳决定当前是否要发送媒体数据。若到达发送媒体数据的时间则进行发送；若没有到达，则等待。由于 TCP 有拥塞控制，当发送失败时，数据包的时戳时间会改为当前时间加上延迟时间。
(3) void Download Shaper Channel()
此函数功能为下载媒体数据，负责发送码率的升速与降速。在函数中设置发送码率的上线发送码率，同级周期内（1s）若发送失败率为 0，则提速 5%；若发送失败率小于 10%，则降速 5% 。设置升速时，升速不能超过发送码率的上线，降速不能低于 12Kbps 。

3.4 数据重传
Shaper 模块在发送数据包的过程中极有可能发生包丢失等异常情况，本系统在 Shaper 模块中增加重传逻辑用以应对此类情况。设计逻辑图如下图所示:

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Shaper 模块在进行数据传输时，会根据 send()函数返回值对数据是否有丢包进行判断。例如，在传输 10 个数据包的情况下，当 send()返回值为 7 * 1316 字节（1316字节为 TS 格式下的媒体元数据单位），即说明有 3 个数据包在传输时发生丢失，此时根据时戳将待传输的数据包加入重传队列，在下次传输数据时优先传输重传队列中的数据包，之后再对 Cache 模块中的新数据队列进行传输。具体重传时间的计算公式如下:

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4 流媒体服务器参数优化
Nginx 服务器的配置系统很灵活。只需通过对配置项的增加、修改即可实现第三方模块的信息提供。将对 Nginx 服务器与内核的配置文件进行相关设置，从而实现流媒体服务器的参数优化。
4.1 流媒体服务器配置文件优化
为了提高 Nginx 服务器的性能，需对流媒体服务器进行参数调优。Nginx 可以通过修改默认安装路径下/usr/local/nginx/conf/nginx.conf 的 nginx.conf 文件来进行参数配置。调优模块分为三类，全局块、Events 块和 HTTP 块。
(1)全局块，配置文件优化如下:
worker Process_num:4; worker_cpu_affinity 0001 0010 0100 01000;(a) worker Process_num 是 Nginx 创建的 worker 进程的个数。Nginx 中基本的网络事件都由 worker 进程处理，所以 worker 进程的数量对 Nginx 的性能会有很大的影响。如果设置太小，则 Nginx 服务器很难应对高并发的请求数量，浪费了资源；如果设置过多会导致进程之间的频繁切换，造成了不必要的开销。一般来说，通常将worker Process_num 设置为服务器CPU的内核数量。
(b) worker_cpu_affinity 是为每个 work 进程设置一个固定 CPU 内核。当 Nginx 中的每个worker 进程都处于工作状态时，可能产生多个 worker 进程争抢一个内核的现象，设置 worker_cpu_affinity 可以减少因选择不同 CPU 内核产生的开销。
(2)Events 块，配置文件优化如下:
worker_connections:102400; use epoll; Events 块对 Nginx 中事件模块进行配置来控制和处理访问连接。
(a) worker_connections 用来设置每个 worker 进程的最大连接数，最大连接数应与全局块中的 worker File_limit Num 值一样。
(b) use 用来设置事件驱动模型。在不同操作系统下选取的事件驱动模型也有所不同，对于 linux 系统来说，epoll 模型是较为高效的事件管理机制，在性能方面相对于标准事件模型 select 和 poll 要高很多。

(3)HTTP 块主要从网络连接设置、文件缓存设置、Socket 优化设置三部分组成。