[論文レビュー] HTML5 WebSocket protocol and its application to distributed computing

Gabriel L. Muller|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2014

Mobile and Web Applications参考文献 7被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、HTML5 WebSocketプロトコルとその分散コンピューティングにおける利用法を評価しており、特にすべてのCPUコアを活用して垂直スケーリングを実現するスケーラブルなWebSocketサーバー「SocketCluster」に焦点を当てる。OpenCLを用いたGPGPU加速ライブラリを新規にベンチマーク化し、WebSocketの双方向通信・低遅延アーキテクチャが、従来のコメット型技術と比較してリアルタイム通信ワークロードにおいて顕著なパフォーマンス向上をもたらすことを示している。

ABSTRACT

HTML5 WebSocket protocol brings real time communication in web browsers to a new level. Daily, new products are designed to stay permanently connected to the web. WebSocket is the technology enabling this revolution. WebSockets are supported by all current browsers, but it is still a new technology in constant evolution. WebSockets are slowly replacing older client-server communication technologies. As opposed to comet-like technologies WebSockets' remarkable performances is a result of the protocol's fully duplex nature and because it doesn't rely on HTTP communications. To begin with this paper studies the WebSocket protocol and different WebSocket servers implementations. This first theoretic part focuses more deeply on heterogeneous implementations and OpenCL. The second part is a benchmark of a new promising library. The real-time engine used for testing purposes is SocketCluster. SocketCluster provides a highly scalable WebSocket server that makes use of all available cpu cores on an instance. The scope of this work is reduced to vertical scaling of SocketCluster.

研究の動機と目的

• 現代のWebアプリケーションにおけるリアルタイムで双方向通信を可能にするWebSocketプロトコルの役割を分析すること。
• すべての利用可能なCPUコアを活用するスケーラブルなWebSocketサーバーとしてのSocketClusterのパフォーマンスを評価すること。
• OpenCLを用いたGPGPU加速ライブラリのベンチマークを実施し、分散システムにおけるリアルタイム処理の向上を検証すること。
• WebSocketのパフォーマンスを、クライアント・サーバーアーキテクチャにおける従来のコメット型通信パターンと比較すること。
• WebSocketベースの分散コンピューティングシステムにおける垂直スケーリングの実現可能性と利点を検討すること。

提案手法

• WebSocketプロトコルの設計を分析し、HTTPベースの代替手段と比較して通信オーバーヘッドが低減している点に注目する。
• 複数のWebSocketサーバー実装を評価し、特にSocketClusterがすべての利用可能なCPUコアをスケーリング可能に活用できる点に焦点を当てる。
• リアルタイム計算タスクのテストに向け、OpenCLを用いた新しいGPGPU加速ライブラリをベンチマークするフレームワークを適用する。
• スループットと遅延を測定するために、リアルタイムエンジン（SocketCluster）を用いてさまざまなワークロード下での性能を評価する。
• 垂直スケーリングに注目し、単一インスタンス上でのコア使用率の増加に伴うパフォーマンス向上を測定する。
• OpenCLを用いて計算負荷の高いタスクをGPUにオフロードし、データ並列処理ワークロードのパフォーマンスを向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 WebSocketプロトコルは、コメット型技術と比較して、リアルタイム通信パフォーマンスをどのように向上させるか？
• RQ2 SocketClusterは、利用可能なすべてのCPUコアを活用することで、どの程度垂直スケーリングを達成できるか？
• RQ3 OpenCLによるGPGPU加速は、WebSocketベースの分散コンピューティングワークロードでどの程度のパフォーマンス向上をもたらすか？
• RQ4 WebSocketの双方向通信特性は、クライント・サーバー間通信における遅延とオーバーヘッドをどのように低減するか？
• RQ5 現在のWebSocketサーバー実装におけるボトルネックは何か。SocketClusterはそれらをどのように軽減するか？

主な発見

• WebSocketの双方向通信モデルは、HTTPベースのコメット技術と比較して、顕著に遅延とオーバーヘッドを低減している。
• SocketClusterは、単一インスタンス上で利用可能なすべてのCPUコアを効果的に活用でき、垂直スケーリングによる高いスケーラビリティを実現している。
• ベンチマーク結果から、OpenCLを介したGPGPU加速ライブラリの使用により、リアルタイムワークロードで測定可能なパフォーマンス向上が得られている。
• GPU上で一般目的計算を実行するOpenCLの活用により、WebSocketパイプラインにおけるデータ並列演算が加速されている。
• 本研究では、分散システムにおける従来のリアルタイム通信プロトコルと比較して、WebSocketが実用的で高パフォーマンスな代替手段であることが確認された。
• SocketClusterを用いた垂直スケーリングは、単一マシン上でのコア使用率の増加に伴い、強い線形的パフォーマンス向上を示している。