[NSDI'25] Mobile Cloud Gaming.pdf

解剖和简化移动云游戏的互动循环

• 本文深入分析了移动云游戏（MCG）的互动延迟问题，发现 VSync 是导致延迟的关键因素，并提出了 LoopTailor 解决方案，通过减少 VSync 事件和优化图形管线，显著降低互动延迟。
• 你能获得：了解移动云游戏延迟的瓶颈，学习如何通过系统设计优化 VSync，以及掌握降低互动延迟的实用方案，从而提升云游戏体验。

核心内容：

1. 移动云游戏(MCG)互动延迟过高，严重影响用户体验

• 即使在良好的网络条件下，MCG 平台也表现出 112-403 毫秒的高互动延迟，远高于理想的 100 毫秒。
• 网络延迟的抖动会导致互动延迟的显著波动，进一步降低用户体验。

2. VSync是MCG互动延迟的关键因素

• Android 图形管线的同步原语 VSync 会导致多个 VSync 事件被调用，从而串行化客户端和云端的复杂图形处理逻辑。
• 游戏中每一帧会遇到多达五个 VSync 事件，额外增加 83 毫秒的延迟。

3. LoopTailor通过最小化VSync事件来解决互动延迟问题

• LoopTailor 通过解耦游戏渲染和云端图形管线，并直接协调云游戏渲染与客户端，来减少 VSync 事件。
• LoopTailor 可以在商业 MCG 平台上将互动延迟降低约 34%，稳定在 100 毫秒以下。

4. LoopTailor由游戏帧拦截器（GFI）和远程VSync协调器（RVC）组成

• GFI 提取游戏帧并重新路由，绕过不必要的 VSync。
• RVC 提前协调云端和客户端剩余的 VSync，以优化帧的传输和显示时机。

5. GFI 通过打破 guest 系统和 host 虚拟 GPU 的边界来实现高效的帧拦截

• GFI 有效识别游戏发出的渲染指令，并在适当的位置捕获游戏帧，最大限度地减少 CPU 和 GPU 之间的帧复制。
• GFI 绕过了 VSync2 和 VSync3，减少了云端不必要的同步操作。

6. RVC 通过分层时间序列预测来准确预测延迟

• RVC 使用回归树独立预测各个层级的延迟，并通过 MinT 方法进行协调，从而减少预测误差。
• RVC 能够以较低的标准差预测游戏渲染、帧编码、网络传输和帧解码的延迟。

7. RVC 通过协同 VSync 对齐来优化 VSync1 和 VSync4

• RVC 自适应地延迟 VSync1，确保游戏帧能及时到达客户端。
• RVC 解耦帧编码与 VSync4，根据预测结果反应式地编码或丢弃游戏帧，从而维持客户端帧率的稳定。

8. LoopTailor 在真实部署中实现了低于 100 毫秒的互动延迟

• LoopTailor 的互动延迟在 82-96 毫秒之间，比 X-MCG 的原始解决方案低 34%。
• 互动延迟波动与网络抖动的平均比率从 11.52 大幅降低到 1.23。

问答

Q: 为什么 MCG 的互动延迟比 CCG 更高？

A: MCG 需要移动操作系统虚拟化，这增加了处理逻辑的复杂性。CCG 通常使用硬件辅助虚拟化技术，性能接近直接硬件访问，而 MCG 的 GPU 虚拟化需要额外的虚拟化逻辑，导致渲染性能差距。

Q: LoopTailor 如何减少 VSync 事件的数量？

A: LoopTailor 通过游戏帧拦截器（GFI）提前捕获游戏帧，绕过云端图形管线中不必要的 VSync2 和 VSync3。同时，远程 VSync 协调器（RVC）优化剩余的 VSync 事件，减少整体延迟。

Q: 如何理解 Synergetic VSync Alignment？

A: Synergetic VSync Alignment 指的是 RVC 通过延迟云端的 VSync1，并反应式地进行帧编码（解耦 VSync4），使游戏帧能够及时到达客户端，无需等待 VSync4 和 VSync5 的信号，从而降低延迟。