Luận án tiến sĩ: Tối ưu hiệu suất giao tiếp web services thông qua giải mã SOAP khác biệt

• Tác giả: Nayef Bassam Abu-Ghazaleh
• Người hướng dẫn: Prof. Lewis (Thesis Advisor)
• Trường học: Binghamton University, State University of New York
• Chuyên ngành: Computer Science
• Đề tài: Optimizing Communication Performance of Web Services Using Differential Deserialization of SOAP Messages
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Ann Arbor

Mục lục chi tiết

• 1. Introduction
• 2. Background
• 2.1. The extensible markup language
• 2.2. Syntax of XML
• 2.3. Handling whitespace in XML documents
• 2.4. Namespaces in XML
• 2.5. Features of XML
• 2.6. Overview of SOAP’s syntax
• 2.7. Extending a SOAP message: The Header element
• 2.8. The SOAP encoding
• 2.9. The SOAP HTTP binding
• 2.10. SOAP as a remote procedure protocol
• 2.11. The potential for improving performance
• 2.12. The Data Update Tracking (DUT) table
• 2.13. Differential serialization optimizations
• 2.14. Summary and relation to DDS
• 2.15. Enabling differential deserialization
• 2.16. Checkpoints and message portions
• 2.17. Switching to fast mode
• 2.18. Checkpointing in DDS
• 2.19. Other DDS approaches
• 4. Implementation: Differential Deserialization in the bSOAP Toolkit
• 4.1. A schema-driven deserializer
• 4.2. Checkpoint types in bSOAP
• 4.3. Creating differential checkpoints
• 4.4. Creating lightweight checkpoints
• 4.5. Switching to fast mode
• 4.6. The matching stack
• 4.7. Tracking switching candidates with progressive matching
• 4.8. Finalizing state matching
• 4.9. Cutting down switching time with differential checkpointing
• 4.10. Switching at a lightweight checkpoint
• 4.11. Switching to regular mode
• 4.12. Removing stale checkpoints
• 4.13. Lightweight checkpoints and processing interrupts
• 4.14. Creating base checkpoints
• 4.15. Managing the number of checkpoints
• 4.16. Memory blocks in bSOAP
• 4.17. The active memory blocks stack
• 4.18. The deserialization pointer
• 4.19. Reallocating memory blocks
• 4.20. Destroying unused memory blocks
• 4.21. Merging newly-allocated memory blocks
• 4.22. Checkpointing application memory
• 5. Performance and Analysis
• 5.1. Baseline deserialization study
• 5.2. Progressive matching overhead
• 5.3. Dual-mode DDS performance
• 5.4. DDS performance using two-stage checksum computation
• 5.5. Round-trip performance
• 5.6. Near-best case performance
• 5.7. DS and DDS performance
• 5.8. An interactive molecular dynamics simulation
• 5.9. Parallel molecular dynamics simulations
• 5.10. DDS and MD Simulations
• 5.11. Experimental Setup and Methodology
• 5.12. Results and discussion
• 6. Related Work
• 6.1. IBM’s differential deserialization
• 6.2. Parsing through byte-sequence matching: Deltarser
• 6.3. A Deltarser-based differential deserialization
• 6.4. Schema-specific parsers
• 6.5. Changing the message format
• 6.6. Approaches that retain textual XML format
• 6.7. Parallel XML parsing
• 7. Summary and Future Work
• Bibliography
• A FCP, DCP, and LCP dual-mode performance improvements
• B FCP, DCP, and LCP dual-mode performance improvements using two-stage checksum computation
• C Round-trip percent performance improvements
• D GROMACS tests setup
• List of Tables
• List of Figures

Tóm tắt

I. Tối ưu hiệu suất giao tiếp web services

Tối ưu hiệu suất là mục tiêu chính trong việc cải thiện giao tiếp web services. SOAP, một giao thức phổ biến, gặp phải vấn đề về hiệu suất do định dạng XML của nó. Giải pháp giải mã SOAP khác biệt (DDS) được đề xuất để giảm thời gian giải mã bằng cách tận dụng sự tương đồng giữa các thông điệp. DDS không yêu cầu thay đổi phía client và có thể cải thiện hiệu suất lên đến 226% trong một số trường hợp.

1.1. Vấn đề hiệu suất của SOAP

SOAP sử dụng định dạng XML, dẫn đến kích thước thông điệp lớn và thời gian giải mã chậm. Hiệu suất giao tiếp bị ảnh hưởng nghiêm trọng, đặc biệt trong các ứng dụng khoa học. Giải mã SOAP là nút thắt chính, chiếm đến 90% thời gian xử lý.

1.2. Giải pháp DDS

Giải pháp giải mã SOAP khác biệt (DDS) tối ưu hóa quá trình giải mã bằng cách tránh phân tích XML và xây dựng lại các đối tượng ứng dụng cho các phần không thay đổi. DDS sử dụng checkpoint và checksum để so sánh các phần thông điệp, giảm đáng kể thời gian xử lý.

II. Giao tiếp web services và SOAP

Giao tiếp web services dựa trên SOAP, một giao thức đơn giản, tương tác tốt và mở rộng được. Tuy nhiên, định dạng XML của SOAP gây ra vấn đề về hiệu suất giao tiếp. Giải pháp SOAP như DDS được đề xuất để cải thiện hiệu suất mà không ảnh hưởng đến tính tương thích.

2.1. SOAP trong web services

SOAP là giao thức chính trong giao tiếp web services, đặc biệt trong các hệ thống Grid và phân tán. Định dạng XML của SOAP đảm bảo tính tương tác nhưng lại là nguyên nhân chính gây ra hiệu suất thấp.

2.2. Khác biệt SOAP

Khác biệt SOAP thể hiện qua việc sử dụng DDS để tối ưu hóa quá trình giải mã. DDS không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giữ nguyên tính tương thích với các hệ thống hiện có.

III. Giải pháp giải mã SOAP khác biệt

Giải pháp giải mã SOAP khác biệt (DDS) là kỹ thuật tối ưu hóa hiệu suất bằng cách tránh lặp lại quá trình giải mã cho các phần không thay đổi trong thông điệp. DDS sử dụng checkpoint và checksum để xác định sự tương đồng giữa các thông điệp, giảm thời gian xử lý đáng kể.

3.1. Checkpoint và checksum

DDS sử dụng checkpoint để lưu trạng thái của bộ giải mã và checksum để so sánh các phần thông điệp. Khi checksum khớp, quá trình giải mã được bỏ qua, giảm thời gian xử lý.

3.2. Hiệu suất giao tiếp được cải thiện

Hiệu suất giao tiếp được cải thiện đáng kể khi sử dụng DDS, đặc biệt trong các môi trường Grid nơi các thông điệp tương tự được gửi liên tục. DDS có thể giảm thời gian giải mã lên đến 226%.

IV. Ứng dụng thực tế của DDS

Giải pháp giải mã SOAP khác biệt (DDS) có ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống web services, đặc biệt trong các ứng dụng khoa học và Grid. DDS không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giúp tăng cường khả năng tương thích và mở rộng của hệ thống.

4.1. Ứng dụng trong Grid computing

DDS đặc biệt hiệu quả trong Grid computing, nơi các thông điệp tương tự được gửi liên tục. Tối ưu giao tiếp giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.

4.2. Tương thích với hệ thống hiện có

DDS không yêu cầu thay đổi phía client, giúp dễ dàng tích hợp vào các hệ thống web services hiện có. Giải pháp SOAP này đảm bảo tính tương thích và mở rộng.