技术白皮书 - Huawei · 游戏型...

鲲鹏云原生解决方案

技术白皮书

文档版本 05

发布日期 2020-11-04

华为技术有限公司

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目录

1 方案概述......................................................................................................................................1

2 方案架构......................................................................................................................................2

3 方案优势......................................................................................................................................4

4 业务场景......................................................................................................................................74.1 托管场景......................................................................................................................................................................................74.1.1 架构........................................................................................................................................................................................... 74.1.2 组网........................................................................................................................................................................................... 84.1.3 典型配置.................................................................................................................................................................................. 94.2 游戏型场景............................................................................................................................................................................... 104.2.1 架构........................................................................................................................................................................................ 104.2.2 组网........................................................................................................................................................................................ 114.2.3 典型配置................................................................................................................................................................................ 124.3 办公型场景............................................................................................................................................................................... 134.3.1 架构........................................................................................................................................................................................ 134.3.2 组网........................................................................................................................................................................................ 144.3.3 典型配置................................................................................................................................................................................ 15

5 特性清单....................................................................................................................................16

6 软件兼容性................................................................................................................................18

7 使用流程....................................................................................................................................19

A 修订记录................................................................................................................................... 20

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书目录

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1 方案概述

近年，随着虚拟化技术的成熟和服务器性能不断的提升，用来部署、管理和运行应用的云平台被越来越多的提及，在容器技术、可持续交付、编排系统等开源社区的推进下，以及微服务等开发理念的带动下，应用上云已经是不可逆转的趋势。随着云化技术的不断发展，云原生的概念也应运而生。在云原生大的范畴中，Android云原生随着移动终端普及，出现了通过云服务器实现云服务的手机的业务场景，根据业务类型来划分为：托管型，游戏型，办公型。如表1-1所示。

表 1-1 云原生业务类型

业务类型应用场景

托管型终端仿真：模拟真实手机，支撑系统层测试，比如手机ROM测试、摄像头算法测试、EMUI测试等。

APP测试：支撑APP的功能、安全、准入等测试。

游戏型云游戏在线玩、试玩：将安卓游戏迁移到云端运行，手机端只是一个输入输出。实现玩游戏免下载安装，即点即玩。方便游戏推广。

游戏挂机：采用Android云挂机代练，解放玩家自己的手机。

办公型 VMI移动办公：通过Android云原生支持移动办公，实现数据不落地，保障信息安全。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 1 方案概述

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2 方案架构

鲲鹏云原生解决方案总体架构主要由：硬件平台、主机OS、虚拟化层、Guest OS层组成。

鲲鹏云原生解决方案总体架构详细构成如图2-1所示。

图 2-1 鲲鹏云原生解决方案总体架构

表 2-1 鲲鹏云原生解决方案总体架构组件说明

名称说明

Guest OS 客户操作系统，运行在虚拟机软件内部的操作系统，当前支持开源Android开放源代码项目（AOSP）和华为终端的EMUI（只在华为终端仿真场景使用）。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 2 方案架构


名称说明

虚拟化虚拟化是将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存及存储等，予以抽象、转换后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源，常见虚拟化方案包含安卓模拟器和容器方案两种。安卓模拟器方案可以使用开源的QEMU+KVM。安卓容器方案可以使用开源的Docker。

主机OS 主机操作系统，用来安装虚拟机软件的操作系统。当前支持Ubuntu和Euler。

硬件平台服务器使用TaiShan 100/200服务器，支持GPU、SSD PCIe等IO加速扩展，支持丰富的交换模块10GE，根据业务要求灵活配置。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 2 方案架构


3 方案优势

鲲鹏云原生解决方案遵循开源架构标准，以服务器和开源软件打造的解决方案。本章节主要描述鲲鹏云原生解决方案对比业务方案的优势。

● 高性能

同构算力，无指令翻译环节，系统性能损耗减少40%。

● 生态兼容

完全兼容Android生态，海量移动应用无需迁移。

● 灵活扩展

支持虚拟化和容器技术，CPU、内存、存储和网络等资源可按需弹性分配。

● 可靠易用

硬件平台采用企业级器件和系统设计标准。易管理，生命周期长。

相对 x86 服务器方案● 兼容性

– 因为手机处理器基本是ARM架构，所以海量APP基本是ARM版本，各种第三方库也是ARM版本。生态上已经不可能驱动大量APP开发者发布x86版本，所以x86只能通过指令翻译。

– CPU指令众多且会持续演进，指令翻译（arm->x86）难以做到完全兼容。

● 性能

– 众多应用对性能有要求，会调用C++编程（Android NDK）。

– 指令翻译导致性能大幅下降（原因：实时翻译、指令预测miss），评估性能损耗约40%，实际跟具体应用行为相关。

相对 AP 板方案● 资源灵活分配

支持虚拟化和容器技术，CPU、内存、存储、网络等资源弹性分配。

● 可靠易用

– 高可靠，企业级器件和硬件设计标准。

– 易管理，标准服务器管理方式。

– 生命周期长，3~5年，AP板1~2年。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 3 方案优势


兼容 32 位应用

Exagear模块指令翻译软件支持鲲鹏云原生场景的AArch32特性，保障AArch32指令应用100%兼容。

图 3-1 Exagear 在软件栈位置图

表 3-1 Exagear 在软件栈位置图说明

名称说明

ARM64 APPs 64位的Android应用

ARM32 APPs 32位的Android应用

64-bit libraries，Runtime，Framework

64位运行库和运行环境



名称说明

32-bit libraries，Runtime，Framework

32位运行库和运行环境

Compatibility layer api映射，负责完成32位api向64位api的映射

Exagear 动态二进制翻译程序，对ARM32用户态应用进行AArch32指令到AArch64指令的动态翻译

Android 64-bit kernelspace

Android内核

Android Emulator(QEMU)

安卓模拟器

Linux (KVM） Linux系统

TaiShan 200 hardware TaiShan服务器硬件

容器直通架构（Kbox）● 为满足高密度，低成本的业务诉求，采用容器直通架构

● 层级简单、无冗余代码、整体架构与AOSP接近；指令直通、高效、高密度、高兼容性



4 业务场景

4.1 托管场景

4.2 游戏型场景

4.3 办公型场景

4.1 托管场景

4.1.1 架构托管型主要应用场景包括：终端仿真和APP测试。

● 终端仿真：模拟真实手机，支撑系统层测试，比如手机ROM测试、摄像头算法测试、EMUI测试等。

● APP测试：支撑APP的功能、安全、准入等测试。

主要特点是不涉及终端用户体验，方案聚焦于数据中心内部，客户端UI连接要求低。这些子场景核心方案大同小异，只是侧重点有些差异，详细的全栈图如图4-1所示。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 4 业务场景


图 4-1 托管型场景全栈架构

表 4-1 托管型场景各类节点说明

名称说明

Android应用+工具不同子场景，需要运行的Android应用以及部署的工具不一样，业务按需针对性适配。

设备模拟开源模拟器，只提供CPU、内存、存储、基础网络等基本模拟。

Android虚拟机/容器

将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存及存储等，转换后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。

Ubuntu/Euler操作系统

用来安装虚拟机软件的操作系统。

TaiShan服务器+专业显卡

高性价比专业显卡支持本地渲染，单机多卡支持。

4.1.2 组网托管型场景一般需要配置专业显卡，支撑虚拟手机的UI和所部署应用的渲染。详细的组网情况如图4-2所示。



图 4-2 托管型场景参考典型组网图

4.1.3 典型配置本场景一般需要配置专业显卡，支撑虚拟手机的UI和所部署应用的渲染。具体的场景地典型配置如下：

配置项典型配置（TaiShan 100）

典型配置（TaiShan 200）

说明

服务器类型 2U双路机架均衡型

2U双路机架均衡型

根据客户对机柜空间、磁盘大小、密度、PCIe网卡数量等选择合适的服务器类型。

机架服务器：最灵活，支持各类硬盘类型，预留多个PCIe槽位，支持GPU卡。

CPU 2*华为鲲鹏9165130处理器

2*华为鲲鹏9207260处理器

CPU配置根据客户的业务规格和配置可以动态调整配置，提供更多的计算资源。

内存插槽 8*32G 16*32G 内存配置根据客户的业务规格和配置可以动态调整配置。

本地存储 2*900G SAS 2*900G SAS 硬盘配置根据客户的业务规格和配置可以动态调整配置。





说明

GPU 2*GPU 2*GPU GPU选配，根据客户需求部分不需要画面渲染的托管场景，不需要配置。

如果客户需要画面渲染，则客户自行采购GPU和下载开源GPU驱动，华为提供移植编译指导书，具体支持的GPU品牌和型号，项目交付时咨询项目接口人

RAID卡 1*Avago 3508 1*Avago 3508 可以根据实际需要选择配置。

Riser卡 2*3*16X SLOT 2*3*16X SLOT 可以根据实际需要选择配置。

4.2 游戏型场景

4.2.1 架构游戏型主要应用场景包括：云游戏在线试玩、游戏挂机、云游戏平台等。

● 云游戏在线试玩：将安卓游戏，迁移到云端运行，手机端只是一个输入和输出。实现游戏免下载安装，即点即玩。方便游戏推广。

● 游戏挂机：采用Android云挂机代练，解放玩家自己的手机。

● 云游戏平台：将云游戏平台，部署云端，无需下载即可体验多款游戏，即点即玩，方便游戏运营商进行游戏快速上线推广，精准广告推送等。

游戏型场景的主要特点如下：

1. 对端的要求极低，只要求有视频解码能力。

2. 根据网络带宽和延时可以比较方便的自适应的调整画面的清晰度。

3. 方案已经发展多年，生态相对成熟。

全栈架构如图4-3所示。



图 4-3 云游戏场景全栈架构

表 4-2 云游戏场景各类节点说明

名称说明

Android游戏应用客户部署的云游戏。

Android虚拟机/容器将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存及存储等，转换后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。

Ubuntu/Euler操作系统

用来安装虚拟机软件的操作系统。

TaiShan服务器+专业显卡

高性价比专业显卡支持本地渲染，单机多卡支持。

4.2.2 组网云游戏场景的详细组网情况如图4-4所示。



图 4-4 云游戏参考典型组网图

4.2.3 典型配置

云游戏场景分为视频流云游戏和指令流云游戏，视频流云游戏需要配置专业显卡。具体的场景典型配置如下：



说明













说明

本地存储 2*900G SAS 2*900G SAS 硬盘配置根据客户的业务规格和配置可以动态调整配置。

GPU 3*GPU 典配4*GPU（最多6*GPU）

视频流云游戏需要配置GPU，客户自行采购GPU和下载开源GPU驱动，华为提供移植编译指导书，具体支持的GPU品牌和型号，项目交付时咨询项目接口人。


Riser卡 2*3*16X SLOT 2*3*16X SLOT 可以根据实际需要选择配置。

4.3 办公型场景

4.3.1 架构办公型主要是VMI移动办公：通过Android云支持移动办公，实现数据不落地，保障信息安全。

华为与亚信安全联合构建基于TaiShan服务器的VMI移动办公方案。

VMI的基础是Android云，核心是实现安全移动办公特性，并集成主流办公APP，详细的全栈图如图4-5所示。



图 4-5 办公型场景全栈架构

表 4-3 办公型场景各类节点说明

名称说明

办公类应用集成主流办公应用，比如邮箱、通信、办公、差旅、社区、考勤、行政等应用集成。

安全移动办公特性安全移动办公特性包括用户管理、安全接入、访问控制、通道加密、远程接入协议、客户端安全等。

Android虚拟机/容器将计算机的各种实体资源，如服务器、网络、内存及存储等，转换后呈现出来，打破实体结构间的不可切割的障碍，使用户可以比原本的组态更好的方式来应用这些资源。

CentOS操作系统用来安装虚拟机软件的操作系统。

TaiShan服务器高性能的服务器。

4.3.2 组网华为与亚信安全联合构建基于TaiShan服务器的VMI移动办公方案，亚信安全构建从底层Android系统到上层业务系统的整体软件方案。详细的组网情况如图4-6所示。



图 4-6 办公型场景参考典型组网图

4.3.3 典型配置本场景一般采用均衡计算型服务器。具体的场景典型配置如下：


典型配置（TaiShan200）

说明









本地存储 3 * 2TB SATA 3 * 2TB SATA 硬盘配置根据客户的业务规格和配置可以动态调整配置。




5 特性清单

特性子特性特性描述

基础云手机基于TaiShan100的容器云手机基础方案

基于TaiShan 100服务器，支持Android 7.1.1的容器和模拟器方案的开源云手机方案。

基于TaiShan200服务器云手机方案适配

基于TaiShan 200服务器，完成32位指令翻译、容器方案和模拟器方案的适配和集成，提供鲲鹏920处理器云手机基础方案。

硬件直通&Mock

AOSP云手机硬件直通

支持用户手机上的常用硬件（例如IMEI、麦克风、GPS、加速度传感器）数据直通云手机。

AOSP云手机硬件Mock

支持软件方案仿真手机各种属性和基本器件仿真，在应用层对用户提供近似于真机的接口和功能。

视频流引擎支持基于TaiShan 200服务器配套XXX GPU

基于TaiShan 200服务器配套XXX GPU，提供高密方案支持，支持720p的图像渲染，支持H.264视频编码方案。

AOSP云手机视频流编码

服务端：围绕画质、成本和时延要求，构建云手机图像截屏和H.264视频编码（软件或硬件）方案，为视频流云手机提供基础引擎。

视频流引擎客户端SDK

客户端：提供视频流引擎客户端SDK，支持Android8.x/9.x平台手机，提供触控同步、硬件直通和声音同步功能。

操控与音频引擎

提供音频SDK 在云手机和用户终端侧提供音频SDK，服务端用于音频抓取，客户端用于音频播放。

提供操控SDK 在云手机和用户终端侧提供操控SDK，客户端用于操作抓取，服务端用于操作注入。

Exagear32位指令兼容

高密容器方案支持

支持高密容器方案arm32指令翻译，适配新的kernel和android版本。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 5 特性清单


特性子特性特性描述

产品化DFX特性补充

完成Exagear原型代码的产品化DFX补充，提供系统化的DFX功能；完成代码静态检查、安全编码检查、覆盖率等代码质量分析与整改加固。

兼容性增强增强32bit指令翻译的兼容性，完成Top100 APPs兼容性测试。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 5 特性清单


6 软件兼容性

鲲鹏云原生解决方案已兼容的软件清单请通过兼容性查询工具进行查询。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 6 软件兼容性


http://ic-openlabs.huawei.com/openlab/#/unioncompaty

7 使用流程

鲲鹏云原生解决方案应用组件移植、安装、调优端到端使用流程如图7-1所示。

图 7-1 云原生解决方案使用流程

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 7 使用流程


A 修订记录

发布日期修改说明

2020-11-04 第八次正式发布。

● 更新3 方案优势。

● 更新4.2 游戏型场景。

● 更新7 使用流程。

2020-09-23 第四次正式发布。

解决方案名称修改为云原生解决方案。

2020-08-31 第三次正式发布。

去掉Anbox相关描述和刷新典型配置描述

2020-07-31 第二次正式发布。

修改图3-1。

2020-06-10 第一次正式发布。

鲲鹏云原生解决方案技术白皮书 A 修订记录


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