VBR流视频存储、I/O及传输优化 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢建国 著

图书标签:

• VBR
• 视频存储
• 视频I/O
• 视频传输
• 优化
• 流媒体
• 数据存储
• 高性能I/O
• 网络传输
• 视频技术

店铺： 润轩泽辕图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030232403

商品编码：29284017120

包装：平装

出版时间：2008-07-01

基本信息

书名：VBR流视频存储、I/O及传输优化

：29.80元

作者：谢建国

出版社：科学出版社

出版日期：2008-07-01

ISBN：9787030232403

字数：210000

页码：210

版次：1

装帧：平装

开本：大32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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如今，VCD、DVD作为存储光盘的视频应用，在人们的生活中已经产生了巨大影响。网络视频或网络流媒体概念提出多年，发展至今虽已陆续被应用，但仍受制于一些关键技术，这些技术包括网络技术和视频压缩技术。本书主要将注意力放在变比特率编码的存储视频在网络服务方面的一些技术和方法，从视频的磁盘存储、并发流输入/输出到网络优化传输等均有一定的研究。

内容提要

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全书围绕VBR流视频在磁盘存储、存取服务、网络传输过程中所涉及的问题而展开研究与讨论，主要内容包括：VBR流式视频的网络I/O调度与缓冲、VBR流式视频传输中的率平滑规划、VBR视频的磁盘存储及VBR流视频磁盘I/O与平滑检索、可伸缩编码视频特性分析、可伸缩视频网络适应性传输综述、伸缩视频适应性传输算法以及视频错误传输保护比较研究等。

目录

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第1章 变比特率编码视频
1.1 引言
1.2 视频的VBR特性
第2章 流视频并行I/O优化
2.1 多网络I/O系统模型
2.2 单网络I/O调度
2.3 多网络I/O调度
2.4 优化调度与流接纳
2.5 仿真结果及性能评价
第3章 VBR流视频的率平滑传输
3.1 概述
3.2 变比特率平滑模型
3.3 短路径问题
3.4 短路径率平滑传输算法
3.5 快速传输率平滑算法
3.6 实验结果
3.7 其他存储视频率平滑算法
第4章 基于网络特性的率平滑算法
4.1 异步传输的率平滑算法
4.2 残余带宽下的视频传输算法
第5章 流视频实时率平滑
5.1 优化的实时率平滑模型
5.2 优化的实时率平滑算法
5.3 相关研究的比较
5.4 实验结果与比较
第6章 流视频的存储优化
6.1 视频存储技术的发展
6.2 单磁盘接纳计算模型
6.3 MZ单磁盘存储策略
6.4 MZ磁盘组存储策略
第7章 磁盘I/O率平滑
7.1 二次率平滑算法
7.2 磁盘I/O率平滑模型
7.3 基于分块的率平滑调度算法
7.4 磁盘I/O的On-Off调度
7.5 率平滑检索算法
第8章 流视频适应性传输概论
8.1 流视频的应用研究
8.2 视频编码与传输
8.3 流技术面临的挑战
第9章 可伸缩流视频VBR特性
9.1 分层扩展性编码
9.2 先进的可扩展性编码
9.3 FGS编码的比特率特性
9.4 FGS编码的质量特性
第10章 流视频带宽适应性传输算法
10.1 引言
10.2 前期基础
10.3 问题描述
10.4 带宽适应性传输算法
10.5 算法性能分析
10.6 实验结果与讨论
第11章 流视频传输错误保护
11.1 丢包信道错误保护算法
11.2 无记忆误码信道错误保护算法
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《精通高性能网络协议栈：从内核到应用实践》 书籍简介 在数字化浪潮奔涌不息的时代，数据如同血液般在网络的血管中加速流动，支撑着从实时通信、高清娱乐到云计算、物联网的方方面面。然而，网络性能的瓶颈，无论是底层的硬件接口、操作系统的内核协议栈，还是上层应用的数据传输机制，都可能成为制约效率、拖累创新乃至影响用户体验的“阿喀琉斯之踵”。《精通高性能网络协议栈：从内核到应用实践》一书，正是为解决这一核心挑战而生。它并非泛泛而谈的网络基础理论，而是深入到网络通信的每一个关键环节，从操作系统的内核深处，挖掘影响性能的微妙之处，再到应用程序如何巧妙地利用和规避这些限制，提供一套系统、深入且实用的高性能网络优化指南。 本书的核心目标在于，帮助读者构建一个对现代网络协议栈的全面、深刻的理解，并掌握一套切实可行的优化策略。我们不满足于“知其然”，更追求“知其所以然”，并通过大量的实际案例和代码示例，引导读者“知行合一”，将理论知识转化为强大的实践能力。 第一部分：深入剖析网络协议栈的内核奥秘 本部分将带领读者踏上一段深入操作系统内核的探索之旅，揭示网络通信最底层的运作机制。我们将从硬件层面开始，探讨网卡的设计原理、中断处理机制以及DMA（直接内存访问）技术如何协同工作，为数据的高速传输奠定基础。 从网卡到内核：数据流动的起点 PCIe与网络接口卡（NIC）：详细解析PCIe总线在现代网络硬件中的关键作用，以及不同类型NIC（如千兆以太网、万兆以太网、InfiniBand）在吞吐量、延迟和功能上的差异。我们将探讨如何理解NIC的寄存器、中断向量，以及高级功能如TCP/IP卸载引擎（TOE）、数据包分载（Offload）如何减轻CPU负担。 中断与轮询：深入分析中断驱动的数据接收和发送流程，讨论中断风暴、中断延迟等性能杀手，并介绍中断聚合（Interrupt Coalescing）、自适应中断（Adaptive Interrupts）等优化手段。同时，我们将详细阐述轮询（Polling）模型，特别是忙碌等待（Busy Polling）和事件驱动轮询（Event-driven Polling），在某些高吞吐量场景下的优势与局限性。 DMA与零拷贝：彻底剖析DMA技术如何实现数据在网卡缓冲区和系统内存之间的直接传输，避免CPU的参与，从而显著提升效率。我们将深入讲解用户空间与内核空间之间数据拷贝的痛点，并重点介绍零拷贝（Zero-Copy）技术，如sendfile()、splice()、vmsplice()等系统调用，及其在文件传输、缓存加速等场景中的应用。 TCP/IP协议栈的内核实现：本节将聚焦于Linux内核中TCP/IP协议栈的实现细节，这是网络通信的核心。 数据包的生命周期：跟踪一个数据包从网卡接收到上层应用，以及从上层应用到网卡发送的完整生命周期。我们将详细解析sk_buff（socket buffer）结构体在数据包处理中的核心作用，以及各个协议层（链路层、IP层、TCP/UDP层）在内核中的数据结构和处理逻辑。 TCP拥塞控制与流量控制：深入讲解TCP的灵魂——拥塞控制（Congestion Control）和流量控制（Flow Control）。我们将解析经典的拥塞控制算法（如Reno, Cubic, BBR）的工作原理，以及它们如何根据网络状况动态调整发送速率。同时，流量控制机制（如滑动窗口）如何确保接收端不会被淹没。我们将讨论如何通过调整内核参数来优化这些算法的表现。 套接字（Socket）与系统调用：剖析socket API的内核实现，包括socket创建、绑定、监听、连接、发送、接收等操作的系统调用过程。我们将重点关注read()、write()、send()、recv()等系统调用的内核路径，以及它们与内核缓冲区、等待队列之间的关系。 内存管理与性能：网络数据的高速流动对内存管理提出了极高的要求。 内核内存分配：探讨内核中的内存分配器（如slab/slub/slob）如何高效地管理小对象，以及大页（Huge Pages）在减少TLB miss、提升性能方面的作用。 网络缓冲区管理：深入分析`net.core.rmem_max`, `net.core.wmem_max`, `net.ipv4.tcp_rmem`, `net.ipv4.tcp_wmem`等关键内核参数的含义及其调优方法，解释它们如何影响TCP接收和发送窗口的大小，以及缓存的有效性。 第二部分：应用层的数据传输优化策略 在深刻理解了内核协议栈的底层机制后，本部分将着眼于如何在应用程序层面充分发挥网络的潜能，克服潜在的瓶颈。 高效I/O模型与异步编程：传统的阻塞式I/O模型往往会阻塞应用程序的执行，导致资源浪费。 阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O多路复用（select/poll/epoll）：详细对比不同I/O模型的优缺点，重点讲解epoll的高效之处，包括事件驱动、避免轮询、减少拷贝等。 异步I/O（AIO）与协程：介绍Linux AIO（io_uring）的原理和应用，以及在一些现代框架中广泛使用的协程（Coroutine）模型，如何实现更轻量级的并发，提高I/O密集型应用的吞吐量。 Reactor与Proactor模式：深入理解事件驱动编程的两种经典模式，并分析它们在不同场景下的适用性。 应用程序层面的数据传输优化： 内存池与缓冲区管理：解释如何在应用程序中实现高效的内存池，减少内存分配和释放的开销，并设计精细的应用程序缓冲区管理策略，以减少不必要的数据拷贝和内存碎片。 消息队列与序列化：在分布式系统中，消息队列（如Kafka, RabbitMQ）扮演着至关重要的角色。我们将探讨如何选择合适的消息队列，以及高效的序列化（如Protocol Buffers, FlatBuffers）和反序列化技术如何影响消息传输的效率。 定制协议与UDP：分析在特定场景下，TCP的开销是否过大。我们将探讨设计自定义应用程序层协议的优势，以及如何利用UDP协议实现更低延迟、更高吞吐量的传输，并介绍UDP可靠性增强技术（如QUIC协议）。 网络负载均衡与分布式通信： 负载均衡算法：介绍不同的网络负载均衡算法（如轮询、加权轮询、最少连接、IP哈希），以及它们在分发请求、提高系统可用性和吞吐量方面的作用。 RPC框架与分布式系统通信：分析主流的RPC（Remote Procedure Call）框架（如gRPC, Thrift）的工作原理，以及它们在简化分布式系统开发、提高通信效率方面的贡献。 性能监控与调优工具： 网络抓包与分析：熟练使用tcpdump, Wireshark等工具进行网络流量的捕获和分析，识别网络问题。 性能分析工具：介绍perf, strace, lsof等Linux性能分析工具，以及如何利用它们定位CPU、内存、I/O瓶颈。 内核参数与sysctl：系统性地介绍sysctl接口，指导读者如何安全有效地调整内核参数，以适应不同的应用场景。 本书的读者对象 本书适合于以下群体： 软件工程师：对网络性能有较高要求的Web后端开发工程师、游戏服务器开发工程师、分布式系统工程师、嵌入式系统开发者等。 系统管理员与运维工程师：需要深入理解网络协议栈，以便对服务器和网络设备进行性能调优，解决疑难网络问题的专业人士。 网络工程师：希望深入理解网络协议栈内核实现，从而能更有效地设计和优化网络架构的工程师。 对高性能网络技术感兴趣的研究生和开发者：希望系统学习和掌握网络通信底层机制与优化技术的学生和技术爱好者。 学习本书，您将收获 通过阅读《精通高性能网络协议栈：从内核到应用实践》，您将能够： 从零开始，构建对网络协议栈的深度认知：理解数据包在网络中的完整旅程，从硬件接口到应用程序。 掌握内核协议栈的关键调优点：学会如何理解和调整Linux内核参数，释放硬件的全部潜力。 设计并实现高性能的网络应用程序：选择最合适的I/O模型，编写高效的并发代码。 识别和解决常见的网络性能瓶颈：利用专业工具诊断问题，并给出有效的解决方案。 为构建高吞吐量、低延迟的分布式系统打下坚实基础：理解分布式系统中的通信效率是如何被网络协议栈直接影响的。 本书内容翔实，逻辑严谨，理论与实践紧密结合。我们力求通过清晰的讲解、丰富的图示和详尽的代码示例，让复杂的网络技术变得易于理解和掌握。希望本书能成为您在高性能网络领域的得力助手，助您在数据洪流中乘风破浪，构建出更加高效、可靠、卓越的网络应用。

评分☆☆☆☆☆

这本书对我而言，是一次“技术炼金术”的奇妙旅程。我原本对VBR流视频的认知仅停留在“文件越大越清晰”的层面，而这本书却让我看到了它背后如何通过巧妙的编码和传输设计，在保证视频质量的同时，还能兼顾存储和带宽的效率。作者在分析I/O性能时，并没有局限于某一种具体的存储硬件，而是深入探讨了不同存储架构（如RAID、分布式存储）在VBR流场景下的优劣势，以及如何根据实际需求进行选择和配置。在传输优化方面，书中对“端到端QoS（服务质量）”的讲解，让我明白了除了基本的网络带宽，还有许多其他因素影响着视频流的质量，比如丢包率、延迟、抖动等等。作者提出的各种优化手段，从服务器端的负载均衡到客户端的自适应码率调整，都展现了对整体系统性能的深刻洞察。我尤其对书中关于“实时监控与告警”的章节印象深刻，在实际运维中，及时发现和解决问题是至关重要的，这本书提供了一些行之有效的思路。总而言之，这本书就像一个经验丰富的向导，带领我穿越VBR流视频技术的迷宫，最终抵达“高效、流畅、稳定”的彼岸。

评分☆☆☆☆☆

这本《VBR流视频存储、I/O及传输优化》的阅读体验，与其说是在读一本技术书籍，不如说是在与一位经验丰富的工程师进行一场深入的对谈。作者的语言风格非常独特，没有那种堆砌专业术语的枯燥感，而是像在娓娓道来一个关于“如何让视频跑得更快更稳”的故事。他将复杂的概念，比如“比特率动态调整”、“编码复杂度与存储压力”、“网络拥塞与缓冲策略”等等，用非常形象的比喻和生动的语言进行阐释。我印象最深的是关于“传输优化”的部分，书中详细对比了TCP和UDP在流媒体传输中的优劣，以及如何根据不同的网络环境选择最合适的传输协议。而且，它对“前向纠错（FEC）”和“丢包重传”等技术的讲解，让我明白了即使在网络不佳的情况下，视频依然能够保持一定的播放质量。书中的案例分析也相当接地气，例如针对CDN（内容分发网络）的部署和优化，以及如何处理大规模并发请求时的存储瓶颈，这些都是我在实际工作中经常会遇到的问题。作者提出的解决方案，往往是兼顾效率和成本的，既有技术上的深度，又不失实操性。总而言之，这是一本能够帮助你“知其然，更知其所以然”的书，让你在面对视频流技术时，不再感到束手无策。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像是数字时代的“鲁班经”，让我这个对视频流技术一知半解的读者，硬生生地啃下了一块硬骨头。原本以为VBR（可变比特率）只是个听起来很高大上的技术名词，没想到它背后牵涉到如此繁复精妙的逻辑。书里对存储介质的I/O性能分析，简直是把机械硬盘和固态硬盘的脾气摸了个透，从读写速度到延迟，再到并发处理能力，都掰开了揉碎了讲。我最感兴趣的是它如何把这些“冰冷”的硬件指标，与“火热”的视频播放体验联系起来。比如，书中关于缓存策略的讲解，就让我恍然大悟，原来播放卡顿不仅仅是网络问题，存储的“吞吐量”才是幕后推手。特别是它详细阐述了文件系统对I/O性能的影响，以及如何通过调整文件系统参数来优化数据读取效率，这部分内容对我理解视频播放的底层逻辑非常有启发。而且，书中并没有止步于理论，而是引入了大量实际案例，展示了在不同场景下，如何通过精细化的I/O调优，显著提升VBR流视频的播放流畅度。书中的图表和流程图也设计得非常直观，即使是初学者，也能很快抓住核心要点。对于想深入了解视频流技术背后原理的读者来说，这本书无疑是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在技术深度和广度上都给我留下了深刻的印象。从VBR编码的基本原理出发，它逐步深入到存储系统和网络传输的方方面面。我对书中关于“数据局部性”和“预取机制”的探讨尤为着迷，这些概念在传统的计算机科学中就有涉及，但作者将其巧妙地应用于VBR流视频的场景，解释了如何通过优化数据在存储介质上的排列方式，来减少I/O的随机访问，从而提升读写性能。书中对于不同存储介质（如SSD、HDD、NVMe）的性能特点分析，以及在VBR流场景下的适用性评估，都非常有参考价值。而且，作者在网络传输优化方面，不仅介绍了基础的传输协议，还探讨了更高级的拥塞控制算法和端到端延迟的优化技术，这些都是决定视频流服务质量的关键因素。我特别喜欢书中对“视频分层编码（SVC）”的介绍，它允许在同一视频流中包含不同分辨率和质量的编码层，这样可以根据客户端的网络状况动态地选择播放的层级，从而实现更灵活的带宽适应性。总的来说，这本书为我打开了一扇了解VBR流视频技术背后复杂系统工程的大门，让我对这个看似简单的技术有了更全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，仿佛置身于一个繁忙的数字数据中心，耳边回响着数据流动的声音。作者以一种近乎艺术家的视角，将VBR流视频的存储、I/O和传输过程描绘得淋漓尽致。书中的内容并非仅仅是干巴巴的技术参数堆砌，而是充满了对“效率”和“体验”的极致追求。我尤其欣赏它对“缓冲”这一概念的深入剖析，从客户端的播放缓冲到服务器端的请求缓冲，每一个环节的优化都直接关系到用户是否会因为卡顿而放弃观看。书中关于“带宽预测”和“智能缓冲”的章节，为我提供了全新的思路，如何根据实时的网络状况和用户行为，动态调整缓冲策略，从而在保证流畅播放的同时，最大限度地减少存储和带宽的浪费。此外，书中对“元数据管理”的讨论也让我受益匪浅，如何高效地索引和检索视频文件，将直接影响到视频的快速启动和跳转。作者还分享了一些在实际部署中遇到的挑战和解决方案，比如如何在高并发环境下保证存储系统的稳定性，以及如何应对各种网络异常情况。这本书的价值，在于它能够帮助读者建立起一个完整、立体的VBR流视频技术架构认知。