摘   要： 探討了使用C++部署網(wǎng)格服務(wù)的幾種方案，分析了各種可能的框架的調(diào)用等待時(shí)間、可擴(kuò)展性和可靠性。使用不同的部署框架得到的最終結(jié)果在性能上有很大差異。
關(guān)鍵詞： 網(wǎng)格服務(wù)  C++  調(diào)用時(shí)間  性能評(píng)價(jià)

　　網(wǎng)格計(jì)算的出現(xiàn)引發(fā)了分布式領(lǐng)域的多個(gè)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)的出現(xiàn)（如Globus、Legion等），它們都致力于為網(wǎng)格應(yīng)用程序和服務(wù)提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境[1]。由于Java語(yǔ)言的許多特性非常適合于目標(biāo)環(huán)境，所以大多數(shù)架構(gòu)是基于Java開(kāi)發(fā)的。但是，有些情況下使用Java并不適宜。一個(gè)眾所周知的問(wèn)題就是性能[2]。此外，還有一個(gè)問(wèn)題是原有的C++程序需要重新編寫(xiě)才能夠在新的體系結(jié)構(gòu)下運(yùn)行，由于經(jīng)常出現(xiàn)程序邏輯和服務(wù)部署的語(yǔ)言不一致，所以用Java重寫(xiě)通常來(lái)說(shuō)不是一個(gè)最佳選擇。
本文研究了現(xiàn)有的、允許部署C++程序作為網(wǎng)格服務(wù)的所有框架，在每種框架上都部署了一系列簡(jiǎn)單的服務(wù)并測(cè)試了每種情況下的等待時(shí)間和可擴(kuò)展性。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明網(wǎng)格服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)的選擇對(duì)于最終網(wǎng)格服務(wù)的性能有著很大的影響。
1  網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)介紹
1.1 網(wǎng)格服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)
　　OGSA(Open Grid Services Architecture)的創(chuàng)建是為了滿足網(wǎng)格在分布、異構(gòu)的動(dòng)態(tài)環(huán)境下整合服務(wù)的需要。OGSA只定義了架構(gòu)，沒(méi)有給出實(shí)現(xiàn)。有兩種符合OGSA的實(shí)現(xiàn)：OGSI(開(kāi)放式網(wǎng)格服務(wù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，Open Grid Service Infrastructure)和更新的WSRF(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源框架，Web Service Resource Framework)。OGSI擴(kuò)展了WSDL（Web Service Definition Language）和XML Schema，使Web Service的狀態(tài)可以標(biāo)準(zhǔn)化。WSRF是一個(gè)符合OGSA標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)，用于取代OGSI并統(tǒng)一Web Service和網(wǎng)格服務(wù)世界。
1.2 網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)
　　(1)Globus Toolkit。Globus Toolkit把服務(wù)隔絕在網(wǎng)格服務(wù)容器（Grid Service Container）中，Globus Toolkit在其中發(fā)揮作用并向遠(yuǎn)程客戶端提供服務(wù)。容器運(yùn)行時(shí)管理所有服務(wù)相關(guān)的工作，如服務(wù)創(chuàng)建、調(diào)用分發(fā)和服務(wù)銷(xiāo)毀。
　　(2)OGSI.NET。OGSI.NET是Microsoft .NET平臺(tái)上的一個(gè)OGSI的實(shí)現(xiàn)，由Virginia Grid Computing Group開(kāi)發(fā)。OGSI.NET服務(wù)容器的工作機(jī)理是通過(guò)一個(gè)ISAPI過(guò)濾器截獲Microsoft IIS請(qǐng)求。容器本身被作為一個(gè)Windows服務(wù)實(shí)現(xiàn)。
　　(3)WSRF.NET。WSRF.NET是一個(gè)在Microsoft.NET平臺(tái)上開(kāi)發(fā)符合WSRF規(guī)范服務(wù)的開(kāi)發(fā)包。這個(gè)框架中大量使用了標(biāo)準(zhǔn)的Microsoft程序和工具(如IIS，ASP.NET)。有一個(gè)專(zhuān)門(mén)的ISAPI過(guò)濾器用來(lái)更正基于EPR(末端參考，EndpointReference）的消息分發(fā)，但是并沒(méi)有單獨(dú)的容器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是用一個(gè)靜態(tài)生成的殼（wrapper）使得網(wǎng)格服務(wù)作為標(biāo)準(zhǔn)的ASP.NET網(wǎng)絡(luò)服務(wù)運(yùn)行。
　　(4)gSOAP。gSOAP是用于創(chuàng)建C/C++網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的軟件開(kāi)發(fā)包。gSOAP應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域和對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，特別經(jīng)過(guò)速度優(yōu)化。由于加入的層被C++優(yōu)化過(guò)，所以可視為是一種快速、天然的部署C++服務(wù)的方法。gSOAP不支持創(chuàng)建OGSI和WSRF服務(wù)，因此不能直接作為網(wǎng)格服務(wù)的容器。本文將其加入測(cè)試，是為和其他體系結(jié)構(gòu)做對(duì)比。
2  性能對(duì)比
2.1 測(cè)試方法
　　為了測(cè)試每種體系結(jié)構(gòu)的性能，創(chuàng)建了一個(gè)C++類(lèi)，其包含兩個(gè)方法：
　　int Echo(int)：輸入一個(gè)整數(shù)并返回，不做其他處理。
　　int Matrix(int)：輸入一個(gè)整數(shù)k，進(jìn)行一個(gè)矩陣乘法運(yùn)算，由兩個(gè)k階的矩陣相乘，這樣每次調(diào)用產(chǎn)生一個(gè)O(k3)的復(fù)雜度運(yùn)算。返回值是一個(gè)整數(shù)描述結(jié)果的狀態(tài)。這兩個(gè)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸（參數(shù)和返回值）是非常小的。這一點(diǎn)保證了調(diào)用這兩個(gè)方法時(shí)產(chǎn)生的延遲不是由體系結(jié)構(gòu)部署XML parser時(shí)產(chǎn)生的。大多數(shù)科學(xué)計(jì)算程序的調(diào)用請(qǐng)求都屬于這種少量數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?br /> 　　大部分網(wǎng)格架構(gòu)的測(cè)試是通過(guò)測(cè)量客戶端服務(wù)調(diào)用的等待時(shí)間實(shí)現(xiàn)的。為達(dá)到這個(gè)目的，在每一種體系結(jié)構(gòu)下部署了Echo和Matrix方法。測(cè)試客戶端使用Microsoft.NET平臺(tái)的C#開(kāi)發(fā)。
選擇沒(méi)有負(fù)載的服務(wù)器測(cè)試單純的服務(wù)調(diào)用等待時(shí)間?？蛻舳嗣扛?0ms調(diào)用一次Echo服務(wù)，一共調(diào)用100次，平均調(diào)用等待時(shí)間被記錄下來(lái)。
2.2 測(cè)試配置
　　服務(wù)器端配置兩臺(tái)相同的PC機(jī)。具體配置為：Intel Pentium IV 2.8 MHz CPU，512MB內(nèi)存，80GB 7200 rpm HDD和100MB以太網(wǎng)卡。
　　每臺(tái)PC機(jī)都重新安裝了操作系統(tǒng)。一臺(tái)運(yùn)行Redhat Linux（Kernel 2.6.9-5.EL），另一臺(tái)運(yùn)行Microsoft Windows XP Service Pack 2。所有的軟件包都使用默認(rèn)安裝，沒(méi)有做任何優(yōu)化。其結(jié)果為默認(rèn)配置下的結(jié)果。
　　客戶端使用C#編程?？蛻舳斯芾沓绦蚰軌虍a(chǎn)生多個(gè)客戶端進(jìn)程作為分開(kāi)的線程并且收集每個(gè)線程的等待時(shí)間，此程序在本文中的所有測(cè)試中使用。
2.3 測(cè)試結(jié)果
　　測(cè)試Echo方法調(diào)用。創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)實(shí)例，順序調(diào)用100次Echo。每次調(diào)用中間停止50ms，測(cè)試結(jié)果如圖1、圖2所示。

　　圖1是創(chuàng)建一個(gè)服務(wù)實(shí)例，顯示出調(diào)用100次Echo的測(cè)試結(jié)果。Globus Toolkit是網(wǎng)格服務(wù)框架中等待時(shí)間最短的，gSOAP由于只支持Web Service，速度比Globus Toolkit還要快。
　　圖2與圖1相同，但是包含了OGSI.NET的測(cè)試結(jié)果。OGSI.NET的調(diào)用時(shí)間非常長(zhǎng)。
　　GT4.0C代表Globus Toolkit4.0下被Java包裹的C服務(wù)，GT4.0Java代表Globus Toolkit4.0下的純Java服務(wù)。gSOAP是平均等待時(shí)間最短的，為3.2ms。網(wǎng)格服務(wù)架構(gòu)中，Globus Toolkit4.0最快，為6ms。Java wrapper沒(méi)有產(chǎn)生明顯的性能延遲，C和Java服務(wù)有非常接近的測(cè)試結(jié)果。
　　WSRF.NET 的調(diào)用等待時(shí)間是23.5ms，OGSI.NET在這項(xiàng)測(cè)試中表現(xiàn)非常不好。接下來(lái)的測(cè)試同樣證明了OGSI.NET存在嚴(yán)重的性能缺陷。
　　圖3的測(cè)試是一個(gè)單獨(dú)的客戶端調(diào)用100次Echo的結(jié)果，每次調(diào)用間隔50ms。不同之處在于服務(wù)生命期管理功能用于為Echo調(diào)用創(chuàng)建服務(wù)實(shí)例。第二次調(diào)用Echo前實(shí)例被銷(xiāo)毀。從圖3可看出，Globus Toolkit的調(diào)用時(shí)間較之前加倍，WSRF.NET的速度基本沒(méi)變。

　　測(cè)試結(jié)果和之前確定的保持一樣的層次結(jié)構(gòu)。gSOAP由于不支持網(wǎng)格服務(wù)和服務(wù)生命期管理，所以沒(méi)有出現(xiàn)在這次測(cè)試中。Globus Toolkit盡管等待時(shí)間加倍，但仍然是最快的。WSRF.NET的時(shí)間不受影響。OGSI.NET的等待時(shí)間是778ms。
3  結(jié)  論
　　測(cè)試結(jié)果表明，在考慮等待時(shí)間和可擴(kuò)展性的前提下，最適合部署C++網(wǎng)格服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)是加了Java殼的Globus Toolkit4.0。
　　WSRF.NET是一個(gè)不錯(cuò)的測(cè)試WSRF新標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)。但是，它在等待時(shí)間上的表現(xiàn)不如Globus。如果這方面要求非常嚴(yán)格，則WSRF.NET不是一個(gè)好的選擇。
　　OGSI.NET表現(xiàn)出性能問(wèn)題，等待時(shí)間、可擴(kuò)展性都不好。
　　gSOAP在等待時(shí)間和可擴(kuò)展性方面的表現(xiàn)十分出色。但gSOAP不支持網(wǎng)格服務(wù)，所以很難直接比較。如果服務(wù)不需要生存期管理、資源、提醒等網(wǎng)格服務(wù)的擴(kuò)展功能并且性能要求很高，則gSOAP可以做為一個(gè)不錯(cuò)的部署框架。Globus開(kāi)發(fā)小組在Globus Toolkit 4.0中使用gSOAP作為C++服務(wù)支持層。從測(cè)試結(jié)果中可以看出，在不影響網(wǎng)格服務(wù)功能的原則下，極大地提高了網(wǎng)格服務(wù)的速度。
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