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author Yu Taninari <you@cr.ie.u-ryukyu.ac.jp>
date Mon, 26 Sep 2011 15:49:45 +0900
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<title>2011/9/27</title>
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<div id="controls"><!-- DO NOT EDIT --></div>
<div id="currentSlide"><!-- DO NOT EDIT --></div>
<div id="header"></div>
<div id="footer">
<h1>セミナー: 2011/ 9/ 27</h1>
<h2>並列信頼研</h2>
</div>
</div>

<div class="presentation">
      <div class="slide">
        <h1>Java による授業向け画面共有システムの設計と実装 </li>
        <h3></h3>
	<li>谷成 雄</li>
        <h4><a href="http://ie.u-ryukyu.ac.jp/" rel="external">琉球大学 並列信頼研究室</a></h4>
        <div class="handout"></div>
      </div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
 	<h1>目的と背景</h1>
	<li>大学の講義中、スクリーンに映されている画面は後ろの席程見えずらい。 </li>
	<li>その問題を手元のPCにも写せるようにすることで解決しようと考えた。</li>
	<li class="incremental">60人以上での画面共有を行うシステムを目標とする。</li>
      </div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
        <h1>VNCによる画面共有</h1>
	<li>今回、VNCを用いて画面共有システムを作成する。</li>
	<li>VNC: Virtual Network Computing </br>ネットワークを介してコンピュータを遠隔操作するプログラム </li>
	<li class="incremental">VNC用いた授業用画面共有システムTreeVNCの設計と実装を行った。</li>
	</div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>通常のVNCの問題点</h1>
	<table class="center">
	  <tr>
	    <td width=50% >
	      <p style="text-aline: center;" >
	      <img clas="scale" src="./pix/NormalVNC3.png" width="450">
	      </p>
	      </td>
	    <td width=50% style="text-align: left;">
	      <li><small>VNC Serverの負荷が重い。</small></li>
	      <li><small>Server側の通信網1本への通信負荷が高い。</small></li>
	  </td>
	</tr>
	</table>
	</div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>通常のVNCの問題点</h1>
	<p style="text-align: center;">
	  <li>
	  <samll>1台と48台でVNCをかけた時のスループットとサーバ側のCPU使用率</small>
	  </li>
	</p>
	<table class="center" class="incremental" border=1>
	  <tr>
	    <td></td>
	    <td>スループット(単位:Byte)</td>
	    <td>CPU使用率</td>
	  </tr>

	  <tr>
	    <td>1台</td>
	    <td>20M<small>(VNCでの最大速度)</small></td>
	    <td>55%</td>
	  </tr>

	  <tr>
	    <td>48台</td>
	    <td>4M(1台あたり)</td>
	    <td>100%</td>
	  </tr>
	</table>
	<li>VNCに使われるCPUの使用率が100%になり、スループットが5分の1まで下がっている。</li>

      </div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>通常のVNCの問題点</h1>
	<li>サーバへのCPU負荷が高い</li>
	<li>1本の通信網への負荷が高い</li>
      </div>
      <!-- PAGE -->
<!--
      <div class="slide">
	<h1>VNCの問題点の解決策</h1>
	<p style="text-align: center;">
	<small>クライアントを木構造で接続させるTreeVNC</samll><br>
	<img class="scale" src="./pix/TreeVNC0.png" width="500" heigth="500"><br>
	</p>
	</div>
-->
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>TreeVNCの設計</h1>
	<table>
	  <tr>
	    <td>
	      <li>木構造での接続</li>
	      <li>クライアントの管理を行うTop Proxyを置く。</li>
	      <li>データは木の下へと流していくようにする。</li>
	    </td>
	    <td>
<!--	<li>tightVNC ViewerのJava版を元にTreeVNCの実装を行う。</li> -->
	<p style="text-align: center;">
	  <img class="scale" src="./pix/TreeVNC0.png" width="500" heigth="500">
	    </p>
	</td>
	</tr>
	  </table>
	</div>

      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<div class="taninaritop">
	  <h1>木の構成手順</h1>
	  <table class="tanitable">
	    <tr>
	      <td width=50%>
		<center><img class="scale" style="display: block; width: 70%; margin: auto;" src="pix/tree1.png" alt=""></center>
		</td>
	      <td valign="top">
		<Font size="6">
		  　２分木の場合の木の構成について説明する。<br>
		    クライアントは一旦Top Proxyに接続して、自分の接続先をProxyから取得する。<br>
		  </td>
		</tr>
	      </table>
	      </div>
	    </div>
	    
	    <!-- PAGE -->
	    <div class="slide">
	      <div class="taninaritop">
		<h1>木の構成手順</h1>
		<table class="tanitable">
		  <tr>
		    <td width=50%>
		      <center><img class="scale" style="display: block; width: 70%; margin: auto;" src="pix/tree2.png" alt=""></center>
		      </td>
		    <td valign="top" style="display: block; width: 100%; margin: auto;">
		      <Font size="6">
			親を決定する方法はTop Proxyで<br>
			  <Font color="red">
			    parentNumber = (myNumber - 1) / treeBranch<br>
			    </Font>
			    を計算してクライアントにどの親に接続すればよいかを知らせる。
	               </td>
	              </tr>
                    </table>
                   </div>
                </div>

	    <!-- PAGE -->
	    <div class="slide">
	      <div class="taninaritop">
		<h1>木の構成手順</h1>
		<table class="tanitable">
		  <tr>
		    <td width=50%>
		      <center><img class="scale" style="display: block; width: 70%; margin: auto;" src="pix/tree3.png" alt=""></center>
		      </td>
		    <td valign="top" style="display: block; width: 100%; margin: auto;">
		      <Font size="6">
			親を決定する方法はTop Proxyで<br>
			  <Font color="red">
			    parentNumber = (myNumber - 1) / treeBranch<br>
			    </Font>
			    を計算してクライアントにどの親に接続すればよいかを知らせる。
	               </td>
	              </tr>
                    </table>
                   </div>
                </div>

	    <!-- PAGE -->
	    <div class="slide">
	      <div class="taninaritop">
		<h1>木の構成手順</h1>
		<table class="tanitable">
		  <tr>
		    <td width=50%>
		      <center><img class="scale" style="display: block; width: 70%; margin: auto;" src="pix/tree4.png" alt=""></center>
		      </td>
		    <td valign="top" style="display: block; width: 100%; margin: auto;">
		      <Font size="6">
			親を決定する方法はTop Proxyで<br>
			  <Font color="red">
			    parentNumber = (myNumber - 1) / treeBranch<br>
			    </Font>
			    を計算してクライアントにどの親に接続すればよいかを知らせる。
	               </td>
	              </tr>
                    </table>
                   </div>
                </div>

<!--PAGE-->
<div class="slide">
 <div class="taninaritop">
   <h1>木の再構成手順</h1>
   <table class="tanitable">
     <tr>
     <td>
       <center><img class="scale" src="pix/reconnection1.png" alt=""></center>
     </td>
     <td valign="top">
   <Font size="6">
     クライアント１が落ちたときの説明<br>
     クライアント１が落ちたとき子供のリーダー(クライアント３)がTop Proxyに親が落ちたことを報告する。<br>
     Top Proxyからラストノードに対して、落ちたノードの代わりをするように命令が行く。<br>
   </Font>
   </Font>
     </td>
   </tr>
   </table>
 </div>
</div>

<!--PAGE-->
<div class="slide">
 <div class="taninaritop">
   <h1>木の再構成手順</h1>
   <table class="tanitable">
     <tr>
     <td>
       <center><img class="scale" src="pix/reconnection2.png" alt=""></center>
     </td>
     <td valign="top">
   <Font size="6">
     命令を受けたラストノードが落ちたノードの代わりとなる。<br>
     子供たちが新しい親に対して接続を行う。
   </Font>
     </td>
   </tr>
   </table>
 </div>
</div>

      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>TreeVNCの設計</h1>
	<table class="center" width=100% style="text-align: center;">
	  <tr>
	    <td><small>通常のVNC</small></td>
	    <td><small>TreeVNC</small></td>
	  </tr>
	  <tr>
	    <td>
		<img class="scale" src="./pix/NormalVNC3.png" width="300">
	      </td>
	    <td>
	      <img src="./pix/TreeVNC3.png" width="300">
	    </td>
	  </tr>
	    </p>
	</table>
	<li>クライアントが増えてもかかる負荷一定。</li>
	<li>通信網1本に対する負荷が減り、安定した通信ができる(有線)。</li>
	</div>
      </div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>TreeVNCの設計</h1>
	<table class="center" width=100% style="text-align: center;">
	  <tr>
	    <td><small>通常のVNC</small></td>
	    <td><small>TreeVNC</small></td>
	  </tr>
	  <tr>
	    <td>
		<img class="scale" src="./pix/NormalVNC3.png" width="300">
	      </td>
	    <td>
	      <img src="./pix/TreeVNC3.png" width="300">
	    </td>
	  </tr>
	    </p>
	</table>
	<table class="center" border=1 cellspacing="0" width=100%>
	  <tr>
	    <td></td>
	    <td>通常のVNC</td>
	    <td>TreeVNC</td>
	  </tr>
	  <tr>
	    <td>通信量</td>
	    <td> N*データ量 (クライアントの数に比例) </td>
	    <td> (M+1) * データ量</td>
	  </tr>
	</table>
	<p style="text-align: center;"><small>クライアントの数をN、木構造の子供の数をMとする</small> </p>
	</div>
      </div>


<!--RFBPROTOCOL説明-->


      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>画像の更新(FramebufferUpdate)</h1>
	<li>転送される画面(フレームバッファ)のデータは変更があった部分(差分)だけが矩形単位で送られる。</li>
	<table class="center" width=100%>
	  <tr>
	    <td>
	      <img src="./pix/hadesScreen1.png">
	      </td>
	    <td>
	      <img src="./pix/rightArrow.png">
	      </td>
	    <td>
	      <img src="./pix/hadesScreen2.png">
	      </td>
	    </tr>
	    </table>
	    <small>
	    <p style="text-align: center;"><font color=red>赤枠 </font>で囲まれている矩形のデータだけが送られてくる。 </p>
	    </small>
	</div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>データの転送</h1>
	<li>クライアントから接続されるとsenderスレッドが作られる。</li>
	<li>senderスレッドによりデータの転送は並列に行われる。</li>
　	<p class="textcenter">
	  <img  src="./pix/MulticastQueue3.png">
	  </p>
	<li class="incremental">MulticastQueueクラスを用いた並列な転送を行った。</li>
      </div>

　　　<!--MulticastQueueが必要になった経緯-->
	<div class="slide">
	<h1>MulticastQueue</h1>
	<li>クライアントは、自分のペースでデータを読み込みたい。</li>
	<li></li>
	<li class="incremental">TreeVNCではVNCサーバとの接続はこのZRLEを扱う。</li>
      </div>

      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>MulticastQueue</h1>
	<table class="textcenter" style="margin-top: 50px" width=100% border=1 cellspacing="0">
	  <tr>
	    <td>
	  <img src="./pix/MulticastQueue_proxy2.png" width="600">
	    </td>
	  <td  style="text-align: left;" width=50%>
	    <li>putでデータの入力</li>
	    <li>pollでデータの取り出し</li>
	    <li>Proxyは常に最新のデータの参照を渡す</li>
	    </td>
	  </tr>
	    <tr>
	      <td width=50%>
		<img src="./pix/MulticastQueue_proxy3.png" width="600">		
	      </td>
	      <td style="text-align: left;">
		<li>クライアントは最新のデータから読み込み始める。</li>
	      </td>
	    </tr>
	</table>
      </div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>MulticastQueueの問題点</h1>
	<li>クライアントがデータを読み込まない時...
	<table class="textcenter" width=100% style="margin-top: 50px; margin-bottom: 50px;">
	  <tr>
	    <td width=50%>
	      <img src="./pix/MCTimeOut1.png">
	    </td>
	    <td>
	      <img src="./pix/MCTimeOut2.png">
	    </td>
	  </tr>
	</table>
	    <li>読み込まれないデータはProxyのメモリに残り続ける。</li>
	</div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>MulticastQueueの問題点</h1>
	<li>TimeOut(TO)スレッドを走らせ、最新のデータから取得できるようする。</li>
	<table class="textcenter" width=100% style="margin-top: 50px;  margin-bottom: 50px;">
	  <tr>
	    <td width=50%>
	      <img src="./pix/MCTimeOut3.png">
	    </td>
	    <td>
	      <img src="./pix/MCTimeOut4.png">
	    </td>
	  </tr>
	</table>
	  <li>どこからも参照されないデータはProxyのメモリから削除される。</li>
	</div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>エンコード</h1>
	<li>MAC OS XではZRLEを使ってVNCを行うことができる</li>
	<li>ZRLEはデータ量がRAWデータの約4分の1ですむ。</li>
	<li class="incremental">TreeVNCではVNCサーバとの接続はこのZRLEを扱う。</li>
      </div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>ZRLE</h1>
	<li>ZRLE : Zlib Run-Length Encoding </li>
	<ul>
	  <li>Zlib圧縮(gzip)されたデータ扱うエンコーディング。</li>
	</ul>
	  <li>最初の4バイトにはZlibのデータの長さが、続いてZlibのデータが送られてくる。</li>
	  <small>
	  <table border=1 width=50% cellspacing="0">
	    <tr>	
      <td>バイト数</td>
	      <td><pre>型　</pre></td>
	      <td>説明 </td>
	    </tr>
	    <tr>
	      <td>4</td>
	      <td>U32</td>
	      <td>length</td>
	    </tr>
	    <tr>
	      <td>length</td>
	      <td>U8 array</td>
	      <td>ZlibData</td>
	    </tr>
	  </table>
	  </small>
	<li class="incremental">Zlibデータは辞書を元にデータの解凍を行う</li>
	<li class="incremental">辞書がなければデータを正しく解凍できない</li>
      </div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>ZRLEE</h1>
	<li>そこで、ProxyがZRLEを使ってデータを受け取り圧縮し直して木の下へ流していくことにした。</li>
<li><small>この圧縮し直したデータはZRLEEと名付けた。</small></li>
	<table class="textcenter" width=100%>
	  <tr>
	    <td>
	      <img src="./pix/ZRLEE2.png" width="600">
		</td>
	      <td>
	      <img src="./pix/ZRLEE3.png" width="600">
		</td>
	      </tr>
	    </table>
	</div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>ZRLEEの疑問点</h1>
	<li>ZRLEEには毎回辞書が付与されている。</li>
	<p class="textcenter">
	  <img src="./pix/ZRLEE2.png" width="600">
	</p>
	  <li class="incremental">ZRLEに比べるとデータ量は増えないのか...?</li>
	  <li class="incremental">-> ZRLEと比較してみるとデータ量は少なくなった。</li>
      </div>
      <!-- PAGE -->
	<div class="slide">
	  <h1>ZRLEEのデータ量</h1>
	  <p style="text-align: center;">
	    <small>1920*1080の描画にかかったデータ量</small>
	  </p>
	<table class="textcenter"  width=100%>
	  <tr>
	    <td width=50%>
	      <img src="./pix/dataLength.png" width="450" heigth="325">
	    </td>
	    <td>
	     <table border=1 cellspacing="0" width=100%>
	       <tr>
		 <td></td>
		 <td>ZRLE</td>
		 <td>ZRLEE</td>
	       </tr>
	       <tr>
		 <td>データ量</td>
		 <td>3.4M</td>
		 <td>3.2M</td>
	       </tr>
	     </table>
	    </td>
	  </tr>
	  </table>
	  <li>ZRLEよりデータ量が多くなるどころか少ない。</li>
	  <li>原因</li>
	  <ul>
	    <li>ZRLEEは送られるデータ毎で最適な辞書が使われる。</li>
	  </ul>
      </div>


<!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>データ転送量</h1>
	<p style="text-align: center;">
	  <small>矩形の大きさと描画に必要なデータ量(単位:Byte)</small>
	</p>
	  <table class="center"  border=1 cellspacing="0" width=80%>
	    <tr>
	      <td>矩形の大きさ \ エンコード</td>
	      <td>RAW</td>
	      <td>ZRLE</td>
	    </tr>

	    <tr>
	      <td>724 * 449</td>
	      <!--
	      <td>1300304</td> 
	      <td>796642</td> 
	      -->
	      <td>1.3M</td>
	      <td>0.8M</td>
	    </tr>

	    <tr>
	      <td>1920 * 64</td>
	      <!--
	      <td>491520</td>
	      <td>309602</td>
	      -->
	      <td>0.5M</td>
	      <td>0.15M</td>
	    </tr>

	    <tr>
	      <td>1920 * 1080</td>
	      <!--
	      <td>8294400</td>
	      <td>3472780</td>
	      -->
	      <td>8.2M</td>
	      <td>3.4M</td>
	    </tr>

	  </table>

	<p style="text-align: center;">
	  <img src="./pix/dataLength.png" width="450" heigth="325"> <br>
	    <small>RAW、ZRLE、ZRLEEエンコードのデータ量の比較</small>
	</p>
	</div>
      <!-- PAGE -->
      <div class="slide">
	<h1>既存のプログラムとの比較</h1>
	<li>VNC Reflector</li>
	<ul>
	  <li>tightVNCの作者が作成したプログラム</li>
	  <li>VNC Reflecotrにクライアントが接続することでVNCを行うことができる</li>
	</ul>
	</div>
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      <div class="slide">
	<h1>質問タイム</h1>
	</div>
</body>
</html>