基于鯤鵬處理器的媒體網關適配及穩定性研究

劉作 陳楊 陳雄博

摘? 要：實現關鍵IT基礎設施國產化自研，以及基于國產化環境的應用適配，符合未來可持續長遠發展趨勢，為了實現媒體網關向國產化服務器基礎環境平穩遷移部署，搭建了國產化ARM64架構服務器環境，進行容器化媒體網關鏡像制作及適配部署，對依賴組件進行全量分析與整合，通過階梯性增加并發通話數量對部署后的應用服務進行了穩定性測試及長通話測試，測試結果滿足媒體網關線上使用要求，為電信業務遷移適配國產化服務器提供了參考經驗。

關鍵詞：ARM64架構;容器化部署;國產化適配;媒體網關

中圖分類號：TN92;TP332? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）20-0074-04

Research on Adaptation and Stability of Media Gateway Based on

Kunpeng Processor

LIU Zuo，CHEN Yang，CHEN Xiongbo

（Guangxi Dongxin Yitong Technology Co.，Ltd.，Qinzhou? 535008，China）

Abstract：It is in line with the sustainable and long-term development trend in the future to realize the localization self-research of key IT infrastructure and the application adaptation based on the localization environment. In order to realize the smooth migration and deployment of media gateway to the localization server infrastructure environment，the localization ARM64 architecture server environment was built，and the containerized media gateway image production and adaptation deployment were carried out，and the dependent components were fully analyzed and integrated. By increasing the number of concurrent calls step by step，the stability test and long call test of the deployed application service are carried out. The test results meet the online use requirements of media gateway，and provide reference experience for telecom service migration to adapt to localization server.

Keywords：ARM64 architecture;containerized deployment;localization adaptation;media gateway

0? 引? 言

隨著我國信息化建設的逐步深化，我國各行各業、經濟政治，甚至國家安全都已離不開信息化設備的建設。近年來美國對中國信息安全的挑戰，無論是2013年的棱鏡門事件，還是近年美國對中國施加的芯片制裁，以及對華為5G設備的打壓，都給了我們深刻的教訓，21世紀最大的安全問題就是信息化安全。“人不犯我，我不犯人”的傳統觀念已經不適用于在當今的信息化社會，要想保衛國家安全，就必須先保證信息安全。實際上，各個國家的信息化安全都必須從硬件著手，其中服務器是網絡通信中的關鍵設備，我國的服務器市場有70%左右的份額被國外品牌占據。因此，加速推進服務器國產化進程是我國信息化安全的重大課題，只有實現了服務器國產化，實現“自主自控”，才能保證國家安全。目前，國產服務器的CPU主要基于ARM64架構，電信業務在遷移適配國產服務器之前，必須進行大量的分析驗證。

ARM64是基于ARM架構的64位處理器，ARM和X86區別如表1所示。

ARM和X86的主要區別，主要集中在以下4個部分：

（1）指令集：ARM更偏向于處理簡單任務，在執行任務時，將活動拆分成為多個簡單的指令;X86更偏向于處理復雜任務。

（2）功耗：ARM消耗更少的電量，發熱低;X86架構消耗更多的電量，發熱高。

（3）軟件：RISC匯編語言程序一般需要較大的內存空間，實現特殊功能時程序復雜，不易設計;而CISC匯編語言程序編程相對簡單，科學計算及復雜操作的程序設計相對容易，效率較高。

（4）兼容性：X86系統由于發展較早，在微軟和英特爾的壟斷下，大量應用于PC、筆記本電腦、服務器，形成了巨大的用戶群，兼容Windows、Mac、Linux等操作系統，在兼容性上有巨大的優勢;ARM起步較晚，主要應用于Linux系統和Android系統。

綜上所述，CPU架構的選擇取決應用程序的需求和預期的性能水平。與X86相比，ARM在高端、現代和數字應用設備中更受青睞;低端的、傳統的后端應用程序更喜歡X86。基于通信業務所要求的簡單高效特性考慮，ARM處理器是正確的選擇。

1? 項目研究背景

廣西東信易通科技有限公司是國內最大的安全隱私號平臺研發及運營企業，基于前后的研發迭代，實現了從專用硬件資源向NFV軟化部署的演進，目前平臺日輸出服務次數超2 000萬次，而媒體網關作為隱私號平臺的核心網元，集中了媒體轉碼、編解碼、信令控制及媒體協商核心功能，而隨著一帶一路的不斷向前發展，做好國內自主研發產品的整合重組、兼容適配，端到端的掌握核心技術，形成國產化應用備用計劃，是打造通信產品核心競爭力的關鍵，同時引入ARM64架構鯤鵬處理器的功能適配，能夠解決動態部署及遷移，增強系統的靈活性。

基于上述目的，本文基于國產化ARM64環境，設計了媒體網關國產化部署研究組網架構如圖1所示，其中應用系統全部基于國產化環境進行部署，系統通過對接PSTN-SIP線路，實現呼入與外呼功能，使系統具備實際場景呼叫功能，而UAC及UAS的引入，能夠實現對媒體網關的模擬并發壓力測試，以便對產品在兼容性、穩定性、安全、功耗等方面做全面的測試驗證。

2? 容器化媒體網關國產化適配部署及穩定性分析

2.1? 媒體網關組件分析及交叉編譯

媒體網關劃分為核心調度模塊及解耦功能控制模塊，其中核心模塊代碼主要實現公共接口為外圍功能控制模塊調用，這些接口對同類型的邏輯及功能實體進行抽象構造，以便調用者負責具體實現，核心層通過鉤子函數調用具體實現代碼或函數。而具體的，外圍的解耦功能控制模塊，能夠根據不同的功能需求，選擇實現核心模塊的數個接口，通過事件注冊的方式向消息中心訂閱事件，在事件觸發后，會采用廣播的形式向訂閱者發送訂閱信息，以便實現控制與承載分離，簡化系統難度，在上層應用中，只需要關注讀取數據及控制邏輯，而忽略數據的來源及產生方式，交由底層資源進行處理，該種依賴機制的采用，在層與層之間屏蔽了具體實現方式，只暴露必要的接口，從而容易實現模塊之間的功能擴展與解耦，達到支持不同類型協議、功能的目的，但同時對底層資源的適配與互通提出了挑戰。

在從X86服務器向ARM64架構國產化服務器遷移適配過程中，可以采用交叉編譯鏈編譯適配ARM64的可執行文件，交叉編譯原理即把應用從現有平臺經過編譯后，遷移到目標平臺并實現運行，其組成包括編譯器、連接器及解釋器三部分構成，本文基于交叉編譯工具嵌入腳本如圖2所示。

2.2? 容器化鏡像制作及適配

本文基于華為國產化ARM64架構鯤鵬處理器的泰山服務器作為底層基礎設施開展研究，采用容器云對媒體網關進行鏡像制作，達到與操作系統解耦的目的，在通常應用部署及實踐中，應用的部署會依賴于一系列前期操作，用以準備應用部署環境，制作容器化的鏡像，其優勢在于可以將準備階段的各種依賴組件提前寫進Dockfile編譯文件，實現一條命令生成鏡像而忽略掉繁雜的編譯過程并實現部署環境的準備及整合，進而為應用動態部署提供了保障。

容器化鏡像部署及編譯過程，主要分三個部分：

（1）編寫Dockfile：包括目標應用要運行的操作系統環境父鏡像、依賴組件、源代碼的引入以及編譯過程指令及邏輯操作的集合，編譯后的配置及端口映射等操作。

（2）鏡像的制作及入庫：基于編寫好的Dockfile進行編譯，以期生成目標可執行鏡像文件，如果過程中遇到問題需要針對性解決，例如依賴確實或者編譯不通過等問題，最后將編譯好的可執行目標鏡像文件通過版本管理工具加入容器庫，以便動態部署遷移時能夠及時調用。

（3）基于容器鏡像應用部署：基于編譯好的鏡像，在國產化ARM64的服務器上進行部署安裝，并運行。

通過以上容器化編譯及部署的步驟，本文實現了媒體網關的容器化鏡像編譯及部署，系統啟動后狀態如圖3所示。

3.2? 業務承載穩定性分析

穩定性作為通信系統最重要的指標不容忽視，在系統成功部署并啟動后，針對國產化ARM64架構服務器部署的媒體網關進行了業務穩定性研究，測試系統配置包含三個部分，其中MS是待測試的媒體網關，UAC是測試媒體網關的主叫客戶端，UAS是測試媒體網關穩定性的被叫客戶端，具體詳情如表2所示。

系統測試過程以50并發為基礎單位，并以50并發增速進行等差數列增長，在UAC及UAS服務器執行預先準備好的信令腳本，其執行順序為：

（1）glances --export csv --export-csv-file 50_arm64.csv

（2）dstat --output 150_arm64.csv -cmdn

（3）sipp -sf uac.xml -inf test.csv -m 50 10.18.33.11：5060 -r 50 -rp 1000 –l 600

（4）sipp -sf reg.xml -inf reg.csv-m 10 10.18.33.11：5060

（5）sipp -sf uas.xml -inf test.csv -m 50 10.18.33.11：5060 -r 50 -rp 1000 -l 500000

測試數據為：

（1）壓測到250全錄音并發，能最大極限無呼損。

（2）網絡IO：315 kb。

（3）SSD磁盤IO：>3 MB/s（45 MB/5 s）。

（4）CPU用量：70%。

（5）內存用量：40%。

（6）錄音合成延遲：不超過11分鐘;

（7）呼叫時長測試：2 h內無呼損。

并發測試結果數據如圖4所示，通過壓力測試及呼叫時長測試，基于鯤鵬920處理器的ARM64架構服務器承載媒體網關表現性能優異，穩定性可靠，可以承載線上呼叫。

4? 結? 論

IT及CT基礎設施是軟件架構實現及各類新型應用部署的基礎，其技術實現自研符合未來長遠發展趨勢，本文基于國產化ARM64架構服務器環境，將媒體網關能力軟化架構改造，并進行容器化鏡像制作及部署，設計與部署了媒體服務器穩定性測試環境，公開了國產化部署后的穩定性測試數據，為VNF應用國產化適配及部署提供了參考經驗。

參考文獻：

[1] 劉作，陳楊，黎聰.基于VNF應用切片的媒體網關承載電信級業務穩定性研究 [J].通信電源技術，2020，37（9）：161-162+165.

[2] 陳楊，劉作，王建明，等.基于NFV的媒體網關軟化技術應用測試研究 [J].電信技術，2018（3）：43-48.

[3] SMITH W J，STEWART A G，SEUSTER R，et al. ATLAS software stack on ARM64 [J].Journal of Physics：Conference Series，2017，898（7）：072001.

[4] 馮璐霞，李春江，黃亞斌.面向ARM64架構多核微處理器的模板計算性能優化研究[J].計算機工程與科學，2017，39（5）：829-833.

[5] KEIPERT K，MITRA G，SUNRIYAL V，et al. Energy-Efficient Computational Chemistry：Comparison of x86 and ARM Systems [J].Journal of chemical theory and computation，2015，11（11）：5055-5061.

作者簡介：劉作（1983—），男，漢族，廣西南寧人，畢業于曼徹斯特大學，研發總監，高級工程師，廣西壯族自治區創新驅動重大專項負責人，南寧市特聘專家，博士，主要研究方向：互聯網架構、核心網絡架構、SDN/NFV;陳楊（1989—），男，蒙古族，遼寧朝陽人，畢業于南京理工大學，系統架構設計師，副高級工程師，碩士，主要研究方向：SDN/NFV、傳輸與接入、核心網絡技術研究、電信網絡增值業務架構研究與設計;陳雄博（1987—），男，漢族，廣西玉林人，畢業于約克大學，高級研發工程師，副高級工程師，碩士，主要研究方向：互聯網軟件設計、開發、運維。