操作系统学习笔记：多媒体系统

操作系统除了处理常规数据，如文本，程序，电子表格等，还可能处理其他类型的数据，如多媒体数据。多媒体数据由连续媒体（音频、视频）数据以及常规文件构成。

一、什么是多媒体
1、媒体传送
多媒体数据同样存储在文件系统中，与常规文件的区别在于，多媒体文件必须以某一特定速率访问。
多媒体文件可以存储在远程服务器上，使用流技术通过网络传送到客户端。
两种流技术：
1）渐进式下载
文件下载到本地，但可以边下载边播放。适合短小的媒体文件。

2）实时流
媒体文件被串流传递给客户端，客户端只播放而不存储。适合大文件。

两种技术都允许客户端随意播放流媒体中的不同点。

有2种类型的实时流可用：
1）实况流
用于传送一个活动，如体育赛事。例子如视频会议。

2）点播流
用来传送如整部电影之类的大媒体流。可以随时开始，没有像实况流那种错过、晚点的情况。

2、多媒体系统的特点
多媒体系统的要求不同于常规的应用软件。通常有如下特点：
1）文件很大
2）传输速率要求高
3）播放速率要求高

3、操作系统问题
对于传送连续媒体数据的计算机系统，必须保证一定的速率和时间要求，称为服务质量。这牵扯到系统的CPU调度、磁盘调度和网络管理等问题：
1）压缩和解码，需要大量的CPU处理
2）多媒体任务需要一定的优先级，以满足最后期限要求
3）文件系统要满足播放速率
4）网络要满足传输速率

二、压缩
多媒体文件由于大小和速率的要求，常被压缩。一旦被压缩（编码），必须解压缩（解码）才能访问。

压缩算法有有损压缩和无损压缩。有损压缩算法往往消除某些数据，如人耳无法探测到的高频或低频。

三、多媒体内核的要求
多媒体文件要求传输和播放速率。具体而言，其包括的服务质量定义：
1）吞吐量
指多媒体所需的数据传输率。
2）延误
指客户端等待收到流的时间。
3）抖动
与延误有关，但抖动是指流播放期间发生的延误。客户端往往通过缓冲一定量的数据来弥补。
4）可靠性
传输和处理过程中如何处理错误。

1、客户端和服务器之间的服务质量可以协商。例如，连续媒体的数据可能在不同层次的质量级别被压缩；客户端与服务器协商一个特殊的数据传输率，从而播放时允许某一层次的质量。此外，媒体播放器允许按照连接速度来播放，客户端按照特定的速率来接收，等等。

2、为了保证服务质量，操作系统经常使用接纳控制，只有当服务器有足够的资源来满足请求时才接受服务请求。
多媒体系统中，实施接纳控制的常用技术是使用资源保留，包括CPU、内存、文件系统、设备和网络（资源既可以独占，也可以是共享）。要想使用资源，客户端比继续提前对资源作出保留请求，如果没通过，保留被拒绝。接纳控制机制为每一类型的资源分配一个资源管理器。

四、CPU调度
多媒体系统要求硬实时调度，保证关键进程会在特定的时间内完成。
其次，调度非实时任务时，大多数多媒体操作系统使用动态优先级，以便给予交互进程更高的优先级。然而，当调度实时任务时，则分配静态优先级来简化调度程序的设计。

五、磁盘调度
多媒体文件有两个限制因素：截止期限和速率要求。必须满足这两个制约因素，才能保证服务质量，同时也要因此而优化磁盘调度算法。不幸的是，这两个制约因素常常有冲突，鱼与熊掌如何才能得兼？

1、最早期限优先调度
根据截止期限来处理请求，与截止期限最接近的请求优先处理。
这个方法的问题是没有考虑到磁盘头的当前位置，严格按照截止期限处理请求的话可能会导致需要更多的寻道时间。

2、SCAN-EDF调度
结合EDF（最早截止期限优先调度算法）和SCAN调度（磁头在磁盘中以一个方向移动，根据接近当前柱面的远近来处理请求。磁盘臂一旦到达磁盘尾部，则调转方向）的综合算法：以EDF开始，但是用SCAN顺序来处理有相同截止期限的请求。对于截止期限不同，但位置相当靠近的请求，采用批处理。

六、网络管理
当数据通过网络传送时，传输很可能遇到阻塞、延误和其他的网络传输问题（或曰时间问题）。对于有时间要求的多媒体数据，两端主机之间的时间问题必须是同步的，即服务器传送内容的同时，客户端播放它。

专用于时间问题的协议是实时传输协议（RTP）。RTP协议是一种传送实时数据的Internet标准。但RTP不保证服务质量（QOS），相反，它允许接受者消除由于延误和网络堵塞引起的抖动。

何以置之？

1、单播和多播
单播：服务器跟客户端一对一传送
广播：服务器向所有客户端传送内容，而不管它们是否愿意接收
多播：服务器向一组愿意接收的客户端传送内容

单播浪费，广播唐突，多播比较合适。问题是，如果从服务器到客户端的路由必须跨中间路由器，路由器也必须支持多播。目前，大多数流媒体是单播传送。

2、实时流协议
实时流协议提供了客户端和服务器之间有状态的连接，允许客户端在流播放过程中暂停、回放等操作。