[论文解读] 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 9

一句话总结

本文評估了HTML5 WebSocket協議及其在分散式運算中的應用，專注於SocketCluster——一個可擴展的WebSocket伺服器，能利用所有CPU核心實現垂直擴展。研究透過OpenCL加速的新型GPGPU庫進行基準測試，顯示由於WebSocket具備全雙工、低延遲的架構，相比舊有的comet類技術，在即時通訊工作負載中表現出顯著的性能提升。

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.

研究动机与目标

• 分析WebSocket協議在現代網頁應用中實現即時、全雙工通訊的角色。
• 評估SocketCluster作為可擴展WebSocket伺服器，利用所有可用CPU核心的性能表現。
• 透過OpenCL基準測試新型GPGPU加速庫，以提升分散式系統中的即時處理能力。
• 比較WebSocket在客戶端-伺服器架構中相較於舊有comet類通訊模式的性能表現。
• 探討基於WebSocket的分散式運算系統中垂直擴展的可行性與優勢。

提出的方法

• 研究分析WebSocket協議的設計，強調其全雙工通訊模式以及相較於基於HTTP的替代方案所具備的較低開銷。
• 評估多種WebSocket伺服器實作，專注於SocketCluster在所有可用CPU核心上擴展的能力。
• 應用基準測試框架，測試使用OpenCL的新型GPGPU加速庫在即時運算任務中的表現。
• 評估使用即時引擎（SocketCluster）在不同工作負載下測量吞吐量與延遲。
• 研究聚焦於垂直擴展，測量單一實例中核心使用率提升時的性能改善。
• 使用OpenCL將計算密集型任務卸載至GPU，以提升資料平行運算工作負載的性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 與comet類技術相比，WebSocket協議如何提升即時通訊的性能？
• RQ2 SocketCluster在利用所有可用CPU核心的情況下，其垂直擴展能力達到何種程度？
• RQ3 透過OpenCL實現的GPGPU加速，在基於WebSocket的分散式運算工作負載中帶來哪些性能提升？
• RQ4 WebSocket的全雙工特性如何降低客戶端-伺服器通訊中的延遲與開銷？
• RQ5 目前WebSocket伺服器實作中的瓶頸為何？SocketCluster如何解決這些問題？

主要发现

• 與基於HTTP的comet技術相比，WebSocket的全雙工通訊模式顯著降低了延遲與開銷。
• SocketCluster能有效利用單一實例中的所有可用CPU核心，透過垂直擴展實現高可擴展性。
• 基準測試結果顯示，在即時工作負載中使用OpenCL加速的GPGPU庫可帶來可測量的性能提升。
• 使用OpenCL在GPU上進行通用運算，可加速WebSocket資料處理管道中的資料平行運算。
• 研究確認WebSocket是分散式系統中舊有即時通訊協定的可行且高性能替代方案。
• 使用SocketCluster進行垂直擴展顯示出強勁的線性性能增長，隨著單一機器上核心使用率的提升而顯著增強。