云端虛擬視頻轉(zhuǎn)碼

OpenStack 及其功能

　　OpenStack (openstack.org) 是一個(gè)開源云計(jì)算平臺(tái)，已經(jīng)得到空前的發(fā)展和支持，用于將基礎(chǔ)架構(gòu)作為服務(wù) (IaaS) 實(shí)施。自 2010年年中推出 OpenStack 起，已經(jīng)有 200 多個(gè)硬件、軟件和服務(wù)提供商參與進(jìn)來。

　　OpenStack 從上至下包括：

• 　　應(yīng)用程序 API，其接口直接向上連接用戶應(yīng)用程序、向下連接資源層
• 　　資源層，提供一套標(biāo)準(zhǔn)資源元素(包含計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò))。 對(duì)于需要消耗資源的應(yīng)用程序以及管理/協(xié)調(diào)應(yīng)用程序而言，這些資源是可見的，是硬件層物理實(shí)現(xiàn)的抽象概念
• 　　共享服務(wù)——硬件和上述資源接口之間的粘連層。這是虛擬 化存在的地方——虛擬機(jī)管理程序，可訪問虛擬機(jī) (VM) 和客 體操作系統(tǒng)，是所管理的所有計(jì)算單元之間的一個(gè)共享服務(wù)
• 　　OpenStack 面板 —— 管理層，允許云服務(wù)提供商將資源分配 到用戶應(yīng)用程序(并提供收費(fèi)等輔助功能)
• 　　共享服務(wù)和(最重要的)資源元素駐留在“標(biāo)準(zhǔn)硬件”上

OpenStack 的目標(biāo)是提供一套管理集資源，完全獨(dú)立于基礎(chǔ)硬件。此方案有眾多優(yōu)勢——服務(wù)可隨著網(wǎng)絡(luò)條件和服務(wù)需求變化而轉(zhuǎn)換到其它服務(wù)器。

　　對(duì)于多數(shù)應(yīng)用程序，這一抽象效果很好。但是，有些應(yīng)用程序?qū)τ?jì)算或存儲(chǔ)或網(wǎng)絡(luò)資源有特殊要求，必須連接到更具體的硬件實(shí)例。 其中一個(gè)示例就是視頻轉(zhuǎn)碼。

　　有關(guān)“標(biāo)準(zhǔn)”硬件的注釋——“標(biāo)準(zhǔn)”并不意味著全能。各物理資源必 須提供認(rèn)可級(jí)別的性能(可以是 CPU、網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)能力或“特 殊”硬件要求)。 這些資源出現(xiàn)在管理面板中，可根據(jù)需要分配到用戶應(yīng)用程序。應(yīng) 用程序必須提供運(yùn)行所需的資源“配置文件”;面板允許服務(wù)提供商 將匹配的資源分配到應(yīng)用程序。

　　對(duì)于視頻轉(zhuǎn)碼，通過面板可提供大量視頻經(jīng)過優(yōu)化的資源。為每個(gè) 用戶/應(yīng)用程序建立策略以管理對(duì)轉(zhuǎn)碼功能的使用，這由面板強(qiáng)制 執(zhí)行。策略派生自服務(wù)級(jí)別，它極其靈活，能力具有彈性，例如：

• 　　臨時(shí)允許超額容量 以溢價(jià)成本提供超額容量
• 　　對(duì)于想要實(shí)施網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV，此術(shù)語表示將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與它們的基礎(chǔ)硬件分離)的運(yùn)營商/服務(wù)提供商，OpenStack 受到他們 的極大關(guān)注。換句話說，OpenStack 就是“適用于電信應(yīng)用的云基 礎(chǔ)架構(gòu)”。

SDN/NFV 標(biāo)準(zhǔn)化

　　ETSI 建立了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作組 (ISG) 來研究是否需要 NFV 標(biāo)準(zhǔn)。 雖然 OpenStack 來自企業(yè)界，但集中協(xié)調(diào)虛擬化的資源這種概念 將是形成 NFV 標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵組成部分。OpenStack 或其運(yùn)營商級(jí) 版本可能會(huì)作為關(guān)鍵技術(shù)出現(xiàn)。

　　從基礎(chǔ)架構(gòu)上至管理和協(xié)調(diào)，ETSI NFV ISG 已經(jīng)在 NFV 的結(jié)構(gòu) 上建立了信息化工作。就其本身而論，這是對(duì)推薦做法的描述， 而不是如何實(shí)施 NFV 的任何標(biāo)準(zhǔn)，或來自多個(gè)供應(yīng)商的、很多用 戶使用的和許多服務(wù)提供商運(yùn)行的設(shè)備和軟件實(shí)際上將如何交互 操作的任何標(biāo)準(zhǔn)。但幾乎可以肯定的是，NFV ISG 將繼續(xù)工作兩 年，目標(biāo)是建立 NFV 的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

　　ISG 本身是由全球著名的服務(wù)提供商、設(shè)備制造商和獨(dú)立軟件供 應(yīng)商組成?？梢怨降卣f，NFV 擁有廣泛且堅(jiān)定的行業(yè)支持，將 會(huì)成功推薦出標(biāo)準(zhǔn)方案來實(shí)施包括視頻在內(nèi)的眾多應(yīng)用。

　　多視頻處理資源的 SDN/NFV 控制

　　協(xié)調(diào)很多用戶可用的多個(gè)異構(gòu)視頻資源不是一項(xiàng)簡單的任務(wù)。事 實(shí)證明，OpenStack 在企業(yè)云環(huán)境下可擴(kuò)展性極大，期望形成的任何 NFV 標(biāo)準(zhǔn)都將擁有相同的可擴(kuò)展性。

　　但是，作為應(yīng)用程序的視頻與企業(yè)云應(yīng)用程序差異很大，應(yīng)該認(rèn) 真考慮。視頻傳輸是資源消耗的“完美風(fēng)暴”：

　　需要使用大容量存儲(chǔ)才能維持視頻內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫視頻流從源格式到最終傳輸格式的轉(zhuǎn)碼(比特率、視頻格式、

　　屏幕尺寸等)需要消耗大量計(jì)算資源到最終用戶的流量傳遞幾乎是實(shí)時(shí)的;可用帶寬必須匹配轉(zhuǎn)碼器生成的流量

　　因此，協(xié)調(diào)器必須知道可用于視頻轉(zhuǎn)碼的資源，以及通過網(wǎng)絡(luò)獲得視頻數(shù)據(jù)包所需的帶寬。這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊緣問題(最終傳遞到 消費(fèi)者設(shè)備)。這對(duì)于中間處理也是一個(gè)問題，中間處理是將原 始的、集中化的內(nèi)容(通常來自制作者或播送者)轉(zhuǎn)碼，并推送到位于網(wǎng)絡(luò)邊緣(盡可能靠近最終消費(fèi)者)的多個(gè)實(shí)例。

　　另外一個(gè)考慮是假設(shè) OpenStack 控制(“協(xié)調(diào)”)虛擬資源——本 質(zhì)上，虛擬機(jī) (VM) ——通過其管理程序?qū)蛹右詫?shí)現(xiàn)，該層從底層硬件抽象出應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境。服務(wù)器可支持多個(gè) VM，資源被 認(rèn)為在規(guī)模上有彈性。

　　視頻再次遇到了問題。如果轉(zhuǎn)碼從主機(jī) CPU 轉(zhuǎn)到一個(gè)加速器上，那 么 OpenStack 協(xié)調(diào)器需要知道加速器可用(且支持視頻功能)。更糟 糕的是，加速器架構(gòu)通常不使用 VM 技術(shù)，而是在 CPU 主操作系統(tǒng)上直接運(yùn)行(常用術(shù)語“裸機(jī)”描述非 VM 模式)。

　　OpenStack 如何協(xié)調(diào)直接映射到硬件的“執(zhí)行”資源?幸運(yùn)地是，這個(gè) 問題有解決方案：OpenStack 有一個(gè)插件(稱為 “Ironic”)用于協(xié)調(diào) 裸機(jī)資源。其 Northbound API 與管理 VM 的接口完全相同，但 Southbound 接口知道它管理單一的硬件資源。

　　將來，ETSI NFV 工作組將標(biāo)準(zhǔn)化這樣做所需的接口和基礎(chǔ)架構(gòu)。同 時(shí)，OpenStack 和 SDN 的互補(bǔ)技術(shù)將彌補(bǔ)此間隙。OpenStack 允許 協(xié)調(diào)資源時(shí)，SDN 利用 OpenFlow 協(xié)議配置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，以提供與 要傳輸?shù)囊曨l流量一致的互連能力。OpenDaylight 等 SDN 控制器可協(xié)助協(xié)調(diào)流量。

　　另一種方法是，簡單地提供將視頻處理為“永遠(yuǎn)在線”所需的“最壞情 況”計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源。因?yàn)樗峁┑馁Y源大部分時(shí)間不使用，這將導(dǎo) 致網(wǎng)絡(luò)的能力過剩(以及由此產(chǎn)生的成本)。

　　在 Hulu 模式中，視頻每天以批量“離線”的方式被處理和傳輸。“大眾 消費(fèi)事件”的情況甚至更加極端，例如大型體育賽事，其現(xiàn)場直播必 須緩存和實(shí)時(shí)處理。

　　通過組合使用 NFV (OpenStack) 和 SDN，資源僅在使用時(shí)被消費(fèi)和 付費(fèi)。資源可用性的彈性意味著，可以滿足意想不到級(jí)別的需求，而且無需事先過度配置。

　　這里所使用的 OpenStack、OpenFlow、OpenDaylight 等現(xiàn)有技術(shù)， 均為開源項(xiàng)目，開發(fā)人員可免費(fèi)使用以實(shí)施這些服務(wù)。