云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统及其管理方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104363277 A(43)申请公布日 2015.02.18CN104363277A(21)申请号 201410636059.X(22)申请日 2014.11.13H04L 29/08(2006.01)H04L 12/24(2006.01)(71)申请人上海交通大学地址 200240 上海市闵行区东川路800号(72)发明人薛墨池 王润泽 余章曲 戚正伟管海兵(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司 31213代理人张宁展(54) 发明名称云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统及其管理方法(57) 摘要本发明公开了一种云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统，包括。

2、由主控服务器、日志服务器和物料存储服务器构成的管理系统，以及由若干从属物理机器组成的服务器集群的被管理系统；以及管理方法维护了一个实时的监控器用来监测虚拟机的运行状态，从而为调度模块提供资源占用依据。本发明有效提高用户体验，减少20的网络带宽抖动。(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书4页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书4页 附图3页(10)申请公布号 CN 104363277 ACN 104363277 A1/2页21.一种云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统，其特征在于，包括由主控服务器、日志服务器和物料存储服务器构成的管理系。

3、统，以及由若干从属物理机器组成的服务器集群的被管理系统；所述的主控服务器分别与所述的日志服务器和物料存储服务器连接；所述的主控服务器，用于获取来自用户的请求，并解析请求，对请求做出响应，为用户分配合适的虚拟机，运行相应的游戏，调度虚拟机之间的宽带资源分配；所述的日志服务器，用于记录虚拟机的运行状态，CPU、GPU、带宽资源的使用情况，以及玩家信息；所述的物料存储服务器，用于存储游戏虚拟机镜像文件；所述的被管理系统是若干的从物理机器组成的服务器集群，每个从物理机器里运行了若干的虚拟机，每个虚拟机里都有一个游戏和远程桌面软件。2.根据权利要求1所述的云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统，其特征在。

4、于，所述的主控服务器由连接管理模块、可扩展策略模块组成；所述的连接管理器，用于接收从用户发出的游戏请求，判断处理后选择后续接入的从属物理机器，并最终和其中的虚拟机相连，从而将用户和虚拟机连接起来了；所述的可扩展策略模块，用于人工干预的接口。3.根据权利要求2所述的云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统，其特征在于，所述的连接管理模块包括虚拟机堆和集成网络带宽调度方法两个子结构；所述的虚拟机堆从日志服务器中得到所有从物理机器的CPU、GPU、网络带宽资源使用状况，并按照总体情况维护一个从物理机器资源占有情况的最小堆，占用资源最少的从物理机器位于堆顶；集成网络宽带调度方法包括基于公平的分配方法和基。

5、于共享的分配方法。4.一种云游戏分布式系统中带宽资源分配管理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1、游戏开始时，主控服务器获取用户启动游戏请求、解析请求，并开始为用户部署相应的虚拟机；步骤2、主控服务器从自身的虚拟机堆中选取资源最充裕的物理机器上的虚拟机，启动该虚拟机；步骤3、主控服务器启动虚拟机上的游戏和远程桌面软件，用户和虚拟机通过远程桌面软件建立连接；步骤4、连接建立后，虚拟机画面通过网络传送至用户，虚拟机也通过网络获取用户的操作反馈，使用户得以操作游戏；步骤5、游戏中，主控服务器实时监测虚拟机的网络流量，通过集成网络带宽调度方法来保证每个用户玩游戏的流畅性；步骤6、游戏结束后，连。

6、接管理器主动断开用户和从属物理机器间的连接，并暂停虚拟机的运行，更新虚拟机堆的资源信息。5.根据权利要求1所述的带宽资源分配管理方法，其特征在于，所述的步骤5中集成网络带宽调度方法供连接管理器选择，分为基于公平的带宽资源分配方法和基于公平的带宽资源分配方法：权 利 要 求 书CN 104363277 A2/2页3所述的基于公平的带宽资源分配方法：即为每一个运行的虚拟机分配定额的网络带宽，该宽带足以满足游戏流畅运行的最低要求，预设这个网络带宽的大小，当用户使用的宽带资源超过预设时，主控服务器通过降低游戏质量的方式，降低用户的宽带资源使用；所述的基于公平的带宽资源分配方法：即所有的虚拟机共享一条总。

7、网络带宽，某一时刻若干虚拟机如果占用带宽资源下降，则主控服务器会将多余的带宽分配给那些需要带宽资源多的虚拟机。权 利 要 求 书CN 104363277 A1/4页4云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统及其管理方法技术领域0001 本发明涉及分布式系统中带宽资源分配技术领域，具体是一种云游戏分布式系统中网络带宽资源分配系统及其方法。背景技术0002 随着虚拟化技术的迅速发展，多种方案被部署应用在云计算领域。比如VMware，虚拟化市场的领军者，为整个业界提供商业虚拟机产品，另外在非商业化的开源社区中，KVM和XEN是两款免费但强大的虚拟化方案。虽然虚拟化基础解决方案日益成熟，但是在具体的应用。

8、场景中依然存在很多待解决的问题，这其中之一就是资源的调度问题。在虚拟化领域针对CPU资源的调度问题已经有很多成熟有效方法和策略，但是有关GPU网络带宽的资源调度依然还在初始阶段。0003 以云游戏为例，云游戏模式简单地说是指客户端使用远程连接软件，与运行在云端的虚拟机进行长时连接，云端虚拟机进行游戏的逻辑计算、图像渲染，并最终把图像数据传回客户端，这样用户就可以在仅仅拥有显示器、键盘、鼠标等硬件的情况下体验3D游戏，省去了频繁更新高端游戏显卡等已经设备带来的高额费用。但是这其中存在一些问题影响用户的游戏体验，亟待解决。0004 通过实验发现了以下几点现象和规律：1、带宽资源的占用是和用户的数量。

9、成正相关的。2、各个虚拟机占用的带宽上下抖动很大。3、合适的带宽分配策略是对游戏流畅度的保证。总之，当用户数量比较大时，网络带宽已经成为整个系统的主要瓶颈，而这个问题现今一直没有得到很好的解决。发明内容0005 本发明针对现有的云平台中网络带宽资源调度方法存在的不足，提出了一种分布式系统中带宽资源分配管理的系统与方法。通过运用网络编程技术，在若干集群中搭建分布式的框架，称之为BAM(Bandwidth Allocation Management)，负责整个网络中每个从机(slave)带宽资源的分配。整个框架核心运行在主机(master)上，核心用到的技术涉及到Linux下的epoll和异步IO。

10、多路复用等。除了这个通用的调度框架外，本发明还随框架集成了两种新的网络带宽调度方法，用来在总网络带宽和单个虚拟机中游戏的流畅度之间做权衡。这两种方法分别是基于公平的分配方法(Fairness-allocation scheduling)和基于共享的分配方法(Sharing-allocation scheduling)，具体来说前者是基于公平性的自适应调度方法，严格为每个虚拟机分配相等的带宽资源；后者是基于共享模式的，每一时刻占用网络带宽资源少的虚拟机会把剩余带宽资源分配给需求多的虚拟机，实现了资源的共享，效率更高但网络波动会更大。这两种方法适用于不同的应用场景。0006 本发明的技术解决方案如。

11、下：0007 一种云游戏分布式系统中带宽资源分配管理系统，其特点在于，包括由主控服务器、日志服务器和物料存储服务器构成的管理系统，以及由若干从属物理机器组成的服务说 明 书CN 104363277 A2/4页5器集群的被管理系统；0008 所述的主控服务器分别与所述的日志服务器和物料存储服务器连接；0009 所述的主控服务器，用于获取来自用户的请求，并解析请求，对请求做出响应，为用户分配合适的虚拟机，运行相应的游戏，调度虚拟机之间的宽带资源分配；0010 所述的日志服务器，用于记录虚拟机的运行状态，CPU、GPU、带宽资源的使用情况，以及玩家信息；0011 所述的物料存储服务器，用于存储游戏虚。

12、拟机镜像文件；0012 所述的被管理系统是若干的从物理机器组成的服务器集群，每个从物理机器里运行了若干的虚拟机，每个虚拟机里都有一个游戏和远程桌面软件。0013 所述的主控服务器由连接管理模块、可扩展策略模块组成；0014 所述的连接管理器，用于接收从用户发出的游戏请求，判断处理后选择后续接入的从属物理机器，并最终和其中的虚拟机相连，从而将用户和虚拟机连接起来了；0015 所述的可扩展策略模块，用于人工干预的接口。0016 所述的连接管理模块包括虚拟机堆和集成网络带宽调度方法两个子结构；0017 所述的虚拟机堆从日志服务器中得到所有从物理机器的CPU、GPU、网络带宽资源使用状况，并按照总体情。

13、况维护一个从物理机器资源占有情况的最小堆，占用资源最少的从物理机器位于堆顶；0018 集成网络宽带调度方法包括基于公平的分配方法和基于共享的分配方法。0019 一种云游戏分布式系统中带宽资源分配管理方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：0020 步骤1、游戏开始时，主控服务器获取用户启动游戏请求、解析请求，并开始为用户部署相应的虚拟机；0021 步骤2、主控服务器从自身的虚拟机堆中选取资源最充裕的物理机器上的虚拟机，启动该虚拟机；0022 步骤3、主控服务器启动虚拟机上的游戏和远程桌面软件，用户和虚拟机通过远程桌面软件建立连接；0023 步骤4、连接建立后，虚拟机画面通过网络传送至用户，虚拟机。

14、也通过网络获取用户的操作反馈，使用户得以操作游戏；0024 步骤5、游戏中，主控服务器实时监测虚拟机的网络流量，通过集成网络带宽调度方法来保证每个用户玩游戏的流畅性；0025 步骤6、游戏结束后，连接管理器主动断开用户和从属物理机器间的连接，并暂停虚拟机的运行，更新虚拟机堆的资源信息。0026 所述的步骤5中集成网络带宽调度方法供连接管理器选择，分为基于公平的带宽资源分配方法和基于公平的带宽资源分配方法：0027 所述的基于公平的带宽资源分配方法：即为每一个运行的虚拟机分配定额的网络带宽，该宽带足以满足游戏流畅运行的最低要求，预设这个网络带宽的大小，当用户使用的宽带资源超过预设时，主控服务器通。

15、过降低游戏质量的方式，降低用户的宽带资源使用；0028 所述的基于公平的带宽资源分配方法：即所有的虚拟机共享一条总网络带宽，某一时刻若干虚拟机如果占用带宽资源下降，则主控服务器会迅速将多余的带宽分配给那些说 明 书CN 104363277 A3/4页6需要带宽资源多的虚拟机。0029 与现有技术相比，本发明的有益效果是：0030 (1)有效提高用户体验，减少20的网络带宽抖动。0031 (2)在保障用户游戏质量的同时，可以为服务提供商节约资源。0032 (3)为服务提供商提供了额外的收费方式，即按额定带宽付费。0033 (4)在用户较多，服务提供商资源紧缺的情况下，可以缓解其对用户服务质量的影。

16、响。附图说明0034 图1分布式云游戏系统的拓扑图0035 图2已有的网络带宽资源调度方法下的游戏带宽资源使用情况0036 图3基于公平的带宽资源分配方法0037 图4基于共享的带宽资源分配方法具体实施方式0038 下面针对本发明的实施例作详细说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，本发明的适用平台不限于下述的实施例。0039 云游戏分布式系统中负责带宽资源分配管理的系统包括主控服务器、日志服务器、物料存储服务器，而被管理系统是若干的从属物理机器(slave)组成的服务器集群。该系统的拓扑图如图1所示。图2是本发明的中分布式系统网络带宽资源调度系统。

17、与方法的架构示意图，本发明系统的模块主要部署在主控制机器上，包括连接管理器、可扩展策略、物料存储器、日志服务器，所述的连接管理器由虚拟机堆和集成网络带宽调度方法组成。0040 所述的主控服务器里由连接管理模块(connect manager)、可扩展策略模块(scalable strategy)组成。连接管理模块负责接收从用户(client)发出的游戏请求，判断处理后选择后续接入的从属物理机器(slave)，并最终和其中的虚拟机相连，从而将用户和虚拟机连接起来了；可扩展策略模块是指支持人工操控整个系统运行的能力，一般来说该分布式系统是自适应的系统由程序保证过程有序运行，但是如果遇到意外，则需要。

18、人工干预，该发明预留了可扩展策略模块。0041 以上所述的连接管理模块(connect manager)中拥有两个重要的子结构：虚拟机堆和集成网络带宽调度方法。虚拟机堆从日志服务器中得到所有从机器的CPU、GPU、网络带宽资源使用状况，并按照总体情况维护一个从机器资源占有情况的最小堆，占用资源最少的从机器位于堆顶。每次连接管理器接收来自用户的请求后都会从虚拟机堆中选择堆顶的从属物理机器(即资源占有最少的从属物理机器)，并在该从机器中运行游戏虚拟机；集成网络宽带调度方法有两种：基于公平的分配方法和基于共享的分配方法。0042 所述的日志服务器主要负责记录虚拟机的运行状态和CPU、GPU、带宽资源。

19、等使用情况，以及玩家访问时间、持续时间、结束时间等详细的玩家信息。该服务器旨在做数据的持久化，为后期的数据分析以及用户行为分析提供海量数据。本发明中日志服务器采用Mysql和Redis的组合。日志服务器和主控服务器相连接。0043 所述的物料存储服务器负责游戏虚拟机镜像文件的存储。虚拟机初始化时，从属说 明 书CN 104363277 A4/4页7物理机器会从物料存储服务器拷贝虚拟机镜像。当从物理机器中的虚拟机镜像文件损坏、难以恢复时可以从物料服务器拷贝原始虚拟机镜像文件至从物理机器中，完成虚拟机镜像文件的恢复。0044 所述的被管理系统是若干的从物理机器组成的服务器集群，里面运行了若干的虚拟。

20、机。每个虚拟机里都有一个游戏和远程桌面软件Teamviewer，也就是说云端中负责游戏的逻辑计算和画面渲染，而Teamviewer负责将画面拍录下来，打包通过网络传输给用户。0045 日志服务器定期对被管理的集群进行状态采样，读取各个从物理机器的GPU、CPU、网络带宽资源状况。连接管理器中的虚拟机堆从日志服务器中读取资源使用信息，然后计算出每个机器的资源空闲度，按照堆排序形成虚拟机堆。当有用户发起游戏请求时，连接管理器接收该请求并解析它，然后从虚拟机堆中读取资源空限度最大的从物理机器编号，在该从物理机器上运行游戏虚拟机，虚拟机内主要有游戏和远程连接软件。从而将该机器和用户建立起长连接。远程连。

21、接软件源源不断地把游戏录像传输到用户端的显示器上，同时又源源不断地把用户的键盘和鼠标指令传送回虚拟机，供虚拟机进行游戏逻辑计算和图像渲染。0046 一种云游戏分布式系统中带宽资源分配管理方法，包括步骤：0047 步骤1、游戏开始时，主控服务器获取用户启动游戏请求、解析请求，并开始为用户部署相应的虚拟机；0048 步骤2、主控服务器从自身的虚拟机堆中选取资源最充裕的物理机器上的虚拟机，启动该虚拟机；0049 步骤3、主控服务器启动虚拟机上的游戏和远程桌面软件，用户和虚拟机通过远程桌面软件建立连接；0050 步骤4、连接建立后，虚拟机画面通过网络传送至用户，虚拟机也通过网络获取用户的操作反馈，使用。

22、户得以操作游戏；0051 步骤5、游戏中，主控服务器实时监测虚拟机的网络流量，通过集成网络带宽调度方法来保证每个用户玩游戏的流畅性；0052 步骤6、游戏结束后，连接管理器主动断开用户和从属物理机器间的连接，并暂停虚拟机的运行，更新虚拟机堆的资源信息。0053 集成网络带宽调度方法是供连接管理器选择的，分为基于公平和基于共享两种方式，支持后期再加入新的策略方法。前者方便云游戏运营商在实际应用中可以按照网络带宽情况收费；后者能提高资源的利用率，适用于多用户，资源吃紧的情况。0054 本发明维护了一个实时的监控器用来监测虚拟机的运行状态，从而为调度模块提供资源占用依据。实际测试试验表明本发明能够提高用户体验，并减少20的网络带宽抖动。说 明 书CN 104363277 A1/3页8图1说 明 书 附 图CN 104363277 A2/3页9图2图3说 明 书 附 图CN 104363277 A3/3页10图4说 明 书 附 图CN 104363277 A10。