[논문 리뷰] HTML5 WebSocket protocol and its application to distributed computing

Gabriel L. Muller|arXiv (Cornell University)|2014. 09. 11.

Mobile and Web Applications참고 문헌 7인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 HTML5 WebSocket 프로토콜과 분산 컴퓨팅에서의 활용을 평가하며, 수직 확장성을 위한 모든 CPU 코어를 활용하는 확장 가능한 WebSocket 서버인 SocketCluster에 초점을 맞춘다. OpenCL 기반의 새로운 GPGPU 가속 라이브러리를 벤치마킹하여, WebSocket의 전이적, 저지연 아키텍처가 이전의 comet 유사 기법에 비해 실시간 통신 워크로드에서 뚜렷한 성능 향상을 이끌어내는 것을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 현대 웹 애플리케이션에서 실시간, 전이적 통신을 가능하게 하는 WebSocket 프로토콜의 역할을 분석하기 위해.
• 모든 사용 가능한 CPU 코어를 활용하는 확장 가능한 WebSocket 서버로서 SocketCluster의 성능을 평가하기 위해.
• 실시간 처리 성능 향상을 위해 OpenCL를 사용하는 새로운 GPGPU 가속 라이브러리의 벤치마킹을 수행하기 위해.
• 클라이언트-서버 아키텍처에서 WebSocket의 성능을 이전의 comet 유사 통신 패턴과 비교하기 위해.
• WebSocket 기반 분산 컴퓨팅 시스템에서 수직 확장의 가능성과 이점 탐색하기 위해.

제안 방법

• WebSocket 프로토콜의 설계를 분석하며, HTTP 기반 대안 대비 저항력이 낮고 전이적 통신 모델을 강조한다.
• 다양한 WebSocket 서버 구현체를 평가하며, SocketCluster가 모든 사용 가능한 CPU 코어를 통해 확장 가능한 능력을 중심으로 분석한다.
• 실시간 계산 작업을 테스트하기 위해 벤치마킹 프레임워크를 적용하여, OpenCL를 사용하는 새로운 GPGPU 가속 라이브러리의 성능을 측정한다.
• 실시간 엔진(SocketCluster)을 사용하여 다양한 워크로드 하에서 처리량과 지연 시간을 측정한다.
• 수직 확장을 중심으로, 단일 인스턴스에서 코어 활용도 증가에 따른 성능 향상을 측정한다.
• OpenCL을 사용하여 계산 집약적인 작업을 GPU로 이관함으로써 데이터 병렬 워크로드에서 성능 향상을 도모한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 WebSocket 프로토콜은 comet 유사 기술에 비해 실시간 통신 성능을 어떻게 향상시키는가?
• RQ2 SocketCluster는 사용 가능한 모든 CPU 코어를 활용함으로써 수직 확장을 어느 정도 달성할 수 있는가?
• RQ3 OpenCL 기반의 GPGPU 가속은 WebSocket 기반 분산 컴퓨팅 워크로드에서 어떤 성능 향상을 제공하는가?
• RQ4 WebSocket의 전이적 성격은 클라이언트-서버 통신에서 지연 시간과 오버헤드를 어떻게 감소시키는가?
• RQ5 현재 WebSocket 서버 구현체에서의 성능 저하 요인은 무엇이며, SocketCluster는 이를 어떻게 완화하는가?

주요 결과

• WebSocket의 전이적 통신 모델은 HTTP 기반의 comet 기법에 비해 지연 시간과 오버헤드를 크게 감소시킨다.
• SocketCluster는 단일 인스턴스에서 사용 가능한 모든 CPU 코어를 효과적으로 활용하여 수직 확장성을 높이게 한다.
• 벤치마킹 결과, OpenCL를 통한 GPGPU 가속 라이브러리 사용 시 실시간 워크로드에서 측정 가능한 성능 향상이 나타난다.
• OpenCL을 사용한 GPU에서의 일반 목적 계산은 WebSocket 파이프라인 내 데이터 병렬 연산을 가속화한다.
• 이 연구는 WebSocket이 분산 시스템에서 이전의 실시간 통신 프로토콜에 비해 실현 가능하고 고성능 대안임을 확인한다.
• SocketCluster를 통한 수직 확장은 단일 머신에서 코어 활용도 증가에 따라 강한 선형 성능 증가를 보여준다.