（计算机应用技术专业论文）web+service传输性能优化研究.pdf

懈y 1 嬲必 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 论文作者签名：马云祈 钿l o 年6 其3 ) e t 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者龆易云研聊躲军娃为，o 年石月洲 w e bs e r v i c e 传输性能优化研究 摘要 w e bs e r v i c e 是一种新的w e b 应用程序，为应用程序之间的互操作提供 了一种标准的方式。w e bs e r v i c e 使不同平台和系统的客户端，能够调用由 不同语言开发的服务功能。w e bs e r v i c e 体系结构最基础的支柱是x m l 消 息传递，当前，i s o 出台了一套基于x m l 的w e bs e r v i c e 标准，其中，简 单对象访问协议( s i m p l eo b j e c t a c c e s sp r o t o c o l ，简称s o a p ) ，是用于传输服 务的协议1 1 ，服务参与者通过在传输层协议之上绑定s o a p 来请求和响应服 务。w e bs e r v i c e 技术以其平台无关的优势，在商业领域得到了广泛的应用。 在网络环境中，服务器对用户请求的响应速度直接影响着用户体验。 而目前的网络速度与用户的需求存在较大的差距，访问延迟已经成为降低 网络传输性能的重要因素之一，因此须将其作为主要问题进行解决。 本论文简要介绍了w e bs e r v i c e 体系架构和相关基础知识，详细研究了 s o a p 协议和x m l 压缩技术，分析了当前影响w e bs e r v i c e 传输性能的主 要因素，为了优化w e bs e r v i c e 的传输性能，主要做了以下两点工作： ( 1 ) 提出一个s o a p 消息选择压缩模型s c c m ，介绍了模型的运行机制， 重点研究了如何对s o a p 消息进行选择压缩，给出s o a p 消息选择压缩的 时间代价公式s c c t ，并用实验证明了该公式具有一定的普遍性。s o a p 消 息选择压缩的原则是当服务调用结果携带的数据量较大时，将消息压缩传 输，从而提高网络带宽的利用率。这种方法由于可以减少因单纯增加网络 带宽而投入的资金，在资源( c p u 和网络带宽) 有限的分布式环境下传输 t 数据时，显示出更好的性价比。 ( 2 ) 缓存技术在w e bs e r v i c e 中的应用能有效地减少服务响应时间。本 文介绍了代理缓存的原理，对五种经典的缓存替换算法进行对比分析，采 用s o a p 消息的叶子节点参数值表示w e b 内容对象在缓存中的键值，综合 考虑替换算法的各种影响因素，提出一个基于s o a p 的w e b 缓存替换算法 贪心因子平衡替换算法g f b ，并通过请求命中率和字节命中率证明该 算法的优越性，最后对算法性能进行了深入分析。 关键词：w e bs e r v i c e 传输性能s o a p 缓存x m l 压缩 i i r e s e a r c ho nt r a n s p o i n p e r f o r m a n c eo fw e bs e r v i c e a b s t r a c t w e bs e r v i c ei san e wk i n do fw e ba p p l i c a t i o nw h i c hp r o v i d eas t a n d a r d w a y f o r i n t e r o p e r a b l e b e t w e e n a p p l i c a t i o n s t h et e c h n o l o g y m a k e c l i e n t - p l a t f o r m sa n ds y s t e m sc a nc a l ls e r v i c e sw h i c hd e v e l o p e db yd i f f e r e n t l a n g u a g e s t h em o s tb a s i cp i l l a r so ft h ew e bs e r v i c ea r c h i t e c t u r ei sx m l m e s s a g e t r a n s p o r t i s oi s s u e sas e to fx m l - b a s e dw e bs e r v i c es t a n d a r d sa t p r e s e n t ，a n dt h es i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o li sap r o t o c o lf o r s e r v i c e s t r a n s m i s s i o n 1 ，p a r t i c i p a n t s o fs e r v i c e sm a k er e q u e s t sa n dg e t r e s p o n s e m e s s a g e st h r o u g hb i n d i n gs o a po nt o po ft h eo t h e rt r a n s p o r t l a y e rp r o t o c o l s s ow e bs e r v i c e t e c h n o l o g y i sb e w i d e l y u s e db e c a u s eo fi t s p l a t f o r m - i n d e p e n d e n t t h er e s p o n s et i m eo fs e r v e rd i r e c t l ya f f e c t st h eu s e r s e x p e r i e n c ei nt h e i n t e r n e t b u tc u r r e n t l y , t h e r ei ss t i l lab i gg a pb e t w e e nt h en e t w o r ks p e e da n d u s e r s d e m a n d ，a c c e s sd e l a yh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tf a c t o ri nr e d u c et h e p e r f o r m a n c eo fi n t e r n e t ，a n dt h e r e f o r e ，i tr e q u i r e dt ot a k et h i si s s u ea sam a j o r p r o b l e m w h i c hs h o u db er e s o l v e s t h i sp a p e ri n t r o d u c sw e bs e r v i c ea r c h i t e c t u r ea n dm a k ed e t a i l e ds t u d yo n s o a p p r o t o c o la n dx m lc o m p r e s s i o n ，a n a l y s i st h em a i nf a c t o r sw h i c hi m p a c t t h ep e r f o r m a n c eo fw e bs e r v i c et r a n s m i s s i o nc u r r e n t l y , a n dd ot h em a jo rw o r k m a sf o l l o w i n gt w o p o i n t s ： ( 1 ) p r e s e n tas o a pm e s s a g ec h o i c e c o m p r e s sm o d e ls c c ma n di n t r o d u c e t h er u n n i n gm e c h a n i s mo fi t ，f o c u s e so nh o wt os e l e c tt h es o a p m e s s a g ew h i c h s h o u db e c o m p r e s s e d t h e np r e s e n t af o r m u l ao fs o a p m e s s a g e c h o i c e - c o m p r e s st i m e - - c o s ts c c ta n dp r o v et h eu n i v e r s a l i t yo ft h ef o r m u l a t h r o u g he x p e r i m e n t s s o a pm e s s a g ec h o i c e - c o m p r e s sm e a n sw h e nt h em e s s a g e b r i n g sal o to fd a t a ，i tc a nb ec o m p r e s s e ds ot h a te n h a n c et h eu t i l i z a t i o no f n e t w o r kb a n d w i d t h t h i sm e t h o ds h o w i n gab e t t e rp r i c e p e r f o r m a n c er a t i oi n d i s t r i b u t e d r e s o u r c e s ( c p u a n dn e t w o r kb a n d w i d t h ) l i m i t e de n v i r o n m e n t b e c a u s eo fi t sf u n d sr e d u c t i o ni n v e s t e d b ys i m p l yi n c r e a s i n g n e t w o r k b a n d w i d t h ( 2 ) c a c h i n gt e c h n o l o g yw h i c hb eu s e di nw e bs e r v i c e sa p p l i c a t i o n sg r e a t l y r e d u c e dt h er e s p o n s et i m ec o s t i n t r o d u c et h ep r i n c i p l e so fp r o x yc a c h e ，a n d m a k ec o m p a r a t i o n sa n da n a l y s i s e so nf i v e c l a s s i cc a c h e r e p l a c ea l g o r i t h m s ， u s i n gl e a fn o d ep a r a m e t e r so fs o a pm e s s a g et op r e s e n tt h ew e bc o n t e n to b je c t s k e yi nt h ep r o x yc a c h e ，c o n s i d e r i n gv a r i o u sf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h er e p l a c e a l g o r i t h m ，p r o p o s eai m p r o v e dw e bc a c h er e p l a c ea l g o r i t h mb a s e do ns o a p m e s s a g e g r e e d yf a c t o r sb a l a n c e ( g f b ) ，a n dp r o v et h es u p e r i o r i t yo ft h e a l g o r i t h mb yh i tr a t i oo fr e q u e s ta n dh i tr a t i oo fb y t e ，t h e nm a k ead e t a i la n a l y s i s f o rp e r f o r m a n c eo f a l g o r i t h m k e yw o r d s ：w e bs e r v i c e ；t r a n s p o r tp e r f o r m a n c e ；s o a p ；c a c h e ；x m l c o m p r e s s l o n i v 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 2 相关研究现状。2 1 2 1x m l 压缩研究现状2 1 2 2 缓存替换算法研究现状4 1 3 课题研究的意义及目的6 1 4 本论文的主要工作。8 1 5 本论文的组织结构8 第二章w e bs e r v i c e 基础知识9 2 1w e bs e r v i c e 概述9 2 1 1 w 曲s e r v i c e 的基本含义9 2 1 2w 曲s e r v i c e 的特点。9 2 1 3w 曲s e r v i c e 的协议栈9 2 2w 曲s e r v i c e 体系结构1 0 2 2 1w 曲s e r v i c e 体系中的参与者1 0 2 2 2w e bs e r v i c e 体系中的行为11 2 3w e bs e r v i c e 核心协议和关键技术1 1 2 3 1 x m l 技术1 l 2 3 。2 w s d l 1 2 2 3 3 u d d i 。1 2 2 3 4 s o a p 1 2 第三章s o a p 消息选择压缩。1 4 3 1 引言1 4 3 2s o a p 消息选择压缩模型s c c m 1 4 3 2 1s c c m 的设计思想1 4 3 2 2 s c c m 的提出16 3 2 3s c c m 模型中消息的处理过程1 7 3 3s c c t 计算公式推导1 9 3 4s c c t 计算公式的可行性分析2 1 3 4 1x m i l l 压缩方法2 1 3 4 2 x m l p p m 压缩方法2 2 3 4 3x m l z i p 压缩方法2 3 v 3 4 4 实验结果分析。2 4 3 5 本章小结2 5 第四章基于s o a p 的w e b 缓存替换算法2 6 4 1 引言2 6 4 2 相关研究2 6 4 3 替换算法设计2 8 4 3 1s o a p 消息的键值2 8 4 3 2 替换算法的影响因子3 0 4 3 3 g f b 计算公式3 l 4 3 4g f b 算法处理流程31 4 4g f b 算法性能分析3 3 4 4 1符号定义3 3 4 4 2 贪心因子平衡替换算法分析3 4 4 5 实验结果3 5 4 6 本章小结3 6 第五章总结与进一步工作3 8 参考文献。4 0 致 射4 5 攻读硕士期间发表录用的学术论文4 6 v i 广西大掌硕士掌位论文 w 曲s e r v i c e 传输性能优化研究 第一章绪论 1 1 研究背景 随着分布式计算技术的发展，网络环境越来越复杂，两个数据格式、软硬件平台等 不相同的节点间进行通信及业务合作的频繁程度大大增加，于是对个体的集成能力提出 了更高的要求。w e bs e r v i c e 技术使用独立于平台的标准，任何地方的应用程序、平台 或设备都可以与其他站点的应用程序进行无人为干预的互操作，也就是实现不同系统之 间用“软件对软件”的方式相互调用。通过互操作，w e bs e r v i c e 还支持应用之间的服务 集成，以便通过i n t e m e t 进行业务协作和管理业务流程，为用户提供各种服务 1 1 。 相比传统的分布式对象模型，w e bs e r v i c e 以其语言无关、平台无关的优势，在现 代电子商务、电子政务、模块化重用以及移动网络等方面得到大范围的应用。由于w e b s e r v i c e 是一种分布式计算技术，对服务的请求调用都会受到传输链路和服务器软硬件环 境的影响，这些都是影响w e bs e r v i c e 传输性能的主要问题。这类问题若得不到解决， 必定会成为w e bs e r v i c e 进一步发展的障碍。因此，怎样提高w e bs e r v i c e 的传输性能， 成为目前研究的热点问题。 w e bs e r v i c e 对实时性要求较高，需在某段确定的时间里完成对服务请求的响应。 用户的请求如果得不到及时响应，一方面是由于带宽增加的速度远落后于数据流量的增 加速度，另一方面，受服务器本身性能的制约，使用户的请求得不到及时的处理。因此 网络带宽和服务器处理速度是影响服务传输性能的主要因素。目前优化w e bs e r v i c e 传 输性能的方法包括： ( 1 ) 增加网络带宽 网络客户数目的急剧增加，网络服务请求也已经超出了目前带宽的承受能力，导致 用户请求的响应时间过长甚至无法得到响应。因此，适当增加带宽是种提高网络数据 传输速度的有效措施，但是成本较高。 ( 2 ) 提高服务器的处理能力 该措施效果较明显，但是只可解一时之困，随着网络规模的不断壮大，必定会重新 出现同样的局面，而需要再次更新服务器配置，周而复始，导致网络维护成本迅速增加。 ( 3 ) 减少数据流量 利用x m l 压缩技术降低s o a p 消息的大小。基于x m l 的s o a p 消息是w e b s e r v i c e 的核心，x m l 的自描述形式使文档的冗余度很大，在网络中传送时就 1 w e bs e r v i c e 传输性冀之优化研究 需要更多的网络带宽，很大程度上影响了w e bs e r v i c e 的传输性能。该方法从 软件技术角度出发，降低网络传输的数据量，提高带宽的利用率，成本低，开 发周期短，在网络带宽紧张和c p u 资源有限的环境下，是一个不错的选择。 利用w e b 缓存技术。缓存可设置服务器端，客户端和代理服务器上，本文将在 第四章进行讨论。当用户对服务器发出请求时，得到一个请求响应结果的代价 决定于对象的大小，可获带宽以及所经过的中间结点数目。所以，可以将原始 站点取回的数据副本放在距离较近的结点，下次调用该数据时，在就近结点取 回数据，缩短了数据的传送距离，既减少了用户访问延迟，又有效减轻服务器 负担。据n l a n r ( n a t i o n a ll a b o r a t o r yf o ra p p l i e dn e t w o r kr e s e a r c h ，应用网络 研究国家实验室) 统计，设置代理缓存很容易实现3 0 的请求命中，否则，这 些请求都要通过网络占用带宽。同时，使用代理服务器能够节约i p ，有效保障 网络的安全。综上所述，代理缓存技术具有十分广阔的应用前景，有必要对其 进行研究。 1 2 相关研究现状 1 2 1x m l 压缩研究现状 目前针对x m l 中的大量冗余的结构信息，已经提出了多种x m l 数据压缩算法。 这些方法通过充分利用x m l 文档的结构信息，在达到相对通用文本压缩方法更好的压 缩率的同时花费更短的压缩时间。另外，部分x m l 压缩算法支持在压缩后的x m l 文 档上直接执行查询操作，无需对文档进行解压，因此，对x m l 文档进行压缩，使用x m l 文档的压缩算法相比通用文本压缩算法具有更大的优势。 文献 2 】提出了x m i l l 压缩算法。该算法的主要思想是将x m l 文档的标签和内容分离， 根据某种相似性分别放入不同的容器，再对各容器分别用g z i p 进行压缩。压缩时，消除 了x m l 文档中的重复结构信息，因此取得了较好的压缩效果，但是该方法不支持在压缩 后的文档中直接执行查询操作。 文献 3 提出了x 饼n d 压缩方法。将x m l 文档中的元素属性作为压缩单位，支持在 压缩后的文档中直接进行查询。但是，使用该方法对x m l 文档进行压缩时需要对压缩对 象进行两次扫描，第一次扫描文档以统计x m l 元素的频率以生成字典表和第二次扫描执 行数据压缩操作。 文献 4 提出了x p r e s s 压缩系统，利用数字编码方式对x m l 文档进行压缩。x p r e s s 2 w 音bs e r v i c e 传输性能优化研究 同样支持在压缩文件上的直接查询，系统支持局部解压缩回答用户查询。缺陷是x p r e s s 需对数据两次扫描。 文献 5 】基于与x m i l l 相同的思想，提出了x c o m p 压缩工具，而文献 6 】则使用字典 压缩的方式，通过两次扫描x m l 文档并相应编码，实现数据的压缩，其优点是解压速 度较快。 文献 7 提出了x m l p p m 压缩方法，该方法的思想是：假设当标签相似时，其包含 的文本内容也相似，将x m l 文档转换成事件流，将流中的元素放入到相应的p p m 编码 器以生成较短的编码。但由于该方法的本质是统计模型，所以压缩速度较慢。文献 8 】 在文献 7 的基础上进行改进，提高了压缩率。 文献 9 ，1 0 ，1 1 ，1 2 ，1 3 提出对s o a p 消息进行压缩，减少消息体大小，加快消息的发 送和接收的速度，从而提高w e bs e r v i c e 的传输性能，但是没有对消息大小进行区分， 而是对所有消息进行压缩处理。 文献 1 4 ，1 5 ，1 6 提出差分反串行的方法，在服务器端对接收到的s o a p 请求消息进行 差分，只对消息的不同部分执行反串行操作，从而减少反串行化的时间代价，提高s o a p 请求的响应速度。 采用x m l 压缩技术对s o a p 消息进行压缩，可以提高传送效率，但是，对s o a p 消 息的压缩，会在一定程度上增力h c p u 的工作量，加重服务器的工作负担。文献 1 7 ，1 8 提 出，对不同大小的s o a p 消息进行区分，若消息较大，则采用直接压缩的方式；当s o a p 消息较小时，通过一个s o a p 消息模板，与原消息进行对比，形成差分消息文档并发送 出去。该方法使w e bs e r v i c e 的传输性能得到优化。但是文献没有给出区分s o a p 消息大 小的方法，并且文献的方法还存在以下两点缺陷：第一、该方法是对单个较小的消息文 档进行差分处理，而当此类文档较多时，处理器就会因为需要不停地执行差分操作而十 分繁忙。第二、差分的方法，对于s o a p 消息相似度较高的环境，消息模板才能体现出 其优势，但是当s o a p 消息有较大差异时，利用模板差分的方法来对其进行处理所得到 的优化效果并不明显。 文献 1 9 】指出，对不同大小的s o a p 消息进行压缩处理，所得到压缩效果是不同的， 对大文件进行压缩，能够得到较好的效果；而对小文件进行压缩，压缩率较低，甚至会 出现压缩后的文件比压缩前的文件占用更大的带宽的情况。 因此，若能只对某些s o a p 消息执行压缩操作，将是克服以上弊端，提高w e bs e r v i c e 传输性能的有效措施。本文提出了一个s o a p 消息选择压缩模型s c c m ( s o a pc o m p r e s s 3 w 曲s e r v i c e 传输性能俄化研究 c h o i c em o d e l ) ，以及模型的消息选择压缩时间代价公式s c c t ( s o a pc o m p r e s sc h o i c e t i m e ) ，并给出了公式的详细推导过程。依据公式s c c t 的计算结果，选择大小合适的 s o a p 消息进行压缩，减小消息的带宽占用、减少服务器不必要的工作负担，从而提高 w 曲s e r v i c e 的传输性能。 1 2 2 缓存替换算法研究现状 文献 2 0 指出w e b 缓存技术是利用网络访问的时间局部性原理，将访问过的部分文 档保存在非原始服务器站点，当用户再次发出相同请求时，只需从该站点取回数据，避 免反复连接远程服务器，以减少用户的访问延时。时间局部性指距离上次访问时间越短 的对象，越有可能再次被访问。缓存替换是指当缓存已满时，用新对象替换旧对象的过 程，尽管当前磁盘等存储设备的容量高速发展，但仍然不能满足w e b 缓存的需要，缓存 替换算法在缓存系统的关键地位没有改变2 1 l 。 对于w e b 缓存替换算法，学术界已经有了很多研搿2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , 2 6 , 2 7 , 2 8 , 2 9 , 3 0 】： 表1 1 给出了w e b 缓存替换算法的分类比较，表1 2 给出了典型w e b 缓存替换算法 的比较。 表1 - 1w e b 缓存替换算法的分类比较 t a b l e1 - 1c l a s s i f i c a t i o nc o m p a r i s o no f t h ew e bc a c h er e p l a c e m e n ta l g o r i t h m s 命中算法 类型字节命中率下载延迟设计原理 率复杂度 基于访问最近被访问的对象在不久 较高 一般一般 一般 时间间隔的将来最有可能重新访问 采用文档的流行度作为替 基于频率一般较高一般一般 换的依据 基于w e b移去大的对象可以保留更 偏低较高一般一般 对象大小多的小对象 基于目标函代理缓存中的瓶颈资源是 最好最好最好最高 数网络和i o 磁盘，而非c p u 4 广西大掌硕士掌位论文w 曲s e r v i c e 传输性能优化研究 表1 2 典型w e b 缓存替换算法的比较 t a b l e1 - 2c o m p a r i s o no ft h et y p i c a lw e bc a c h er e p l a c e m e n ta l g o r i t h m s 算法 考虑的 类型典型算法时间复算法优点算法缺点 影响因子 杂度 未考虑对象的访问频 基于u 己u访问时间 o ( 1 )容易实现率、大小和获取该对象 访问的延迟时间 时间未考虑对象的访问频 访问时间和 间隔l r u - t h r e s h o l d o ( 1 )容易实现率和获取该对象的延 w e b 对象大小 迟时间 l f u访问频率 o ( 1 0 9 n )容易实现 没有考虑对象年龄、大 基于小和访问延迟 频率避免缓存没有考虑对象大小和 l f u d a访问频率 0 0 0 9 卜0 污染访问延迟 基于未考虑对象的访问频 s i z ew e b 对象大小0 0 0 9 n )容易实现 w e b率 对象访问时间和未考虑缓存对象过去 g d s 0 0 0 9 n )容易实现 大小w e b 对象大小被访问的次数 访问时间、访考虑了多受访问历史和计算时 g d s f 问频率和w e b0 0 0 9 卜0种影响因间限制，不完全准确， 基于对象大小子会增加访问延迟 目标w e b 对象大小减少了网 h y b 谢0 0 0 9 n )算法复杂且难以实现 函数和网络延迟络延迟 访问时间和访考虑了访 l r 、厂 o ( 1 )与访问历史相关 问频率问历史 5 广西大学硕士学位论文w b bs e r v i c e 传输性能优化研究 下面对当前几个主要的替换算法作个介绍： 最近最少使用算法l r u ( l e a s tr e c e n t l yu s e d ) 3 h ：l r u 算法把缓存中的每个对象 都设一个时间标签，标签中存放的是该对象最后被访问的时间，每次命中都将该时间标 签值更新为当前命中时间。当缓存满时，若有新对象加入，则在缓存中查找出距当前时 间最远的对象进行替换，具体实现该算法时把缓存对象按时问先后排序并存放在链表 中，当需要查找替换对象时，只需直接查找链表的第一个节点并删除，然后在链表尾部 插入新的缓存对象。因此，该算法查找替换对象的时间复杂度为o ( 1 ) 。 最少使用频率算法l f u ( l e a s tf r e q u e n t l yu s e d ) 【3 2 】：算法主要思想是引入一个表示 对象访问频率的参数，从对象被放入缓存的时刻开始，频率参数初值为1 ，以后每次访 问缓存命中，该频率参数的值增加1 。当缓存满需要替换时，将当前频率参数值最小的 对象替换。该算法把缓存对象按频率参数值大小排序并存放在数组中，每次查找替换对 象都需要对整个缓存数组进行二分查找遍历，所以查找时间复杂度为o ( 1 0 9 n ) ，n 表示 缓存对象的个数。算法的缺陷是，若没有强行的删除策略，某些对象由于是先前的访问 热点，使得其频率值很大，从而无法及时替换出去。 对象大小算法s i z e 3 3 1 该算法的思想是基于空间局限性的原则，缓存空间的大小 是一定的，为了提高缓存的命中率，一个有效的方法是使得缓存中的对象个体尽可能的 多，也就是单个缓存对象所占的空间尽可能少。每次需要替换时，都将缓存中最大的对 象替换出去，以放入更多个数的小对象。每个对象的大小用s i 表示，其算法计算公式为 k i = 1 s i ，替换时，把k i 值最小的替换出去。这种方法可以有效提高命中率。但是，和 l f u 存在同样的问题，若没有强行的删除策略，一些较小的对象会长久留在缓存中而得 不到替换。 g d s 算法( g r e e d yd u a l s i z e ) 3 4 】：该算法是l r u 算法的一种改进，它考虑到从服 务器取回某个对象所花费的代价c i ，以及在缓存中的老化因子l ( 初值为0 ) ，每个对象 的大小用s i 表示，其算法计算公式为k i = ( c i s i ) + l ，式子中可以看出，缓存对象的价 值k i 的大小，与代价c i 成正比，与s i 成反比，即若取回某个对象所花费的代价越大， 则它被缓存的价值就越高；若代价相同，则s i 越小，缓存价值越高。当缓存空间满时， 将k i 最小的对象替换出去，同时，将其它未被替换的对象的k i 值减去一个老化因子。 该算法由于引入了老化因子，使得不再被访问的对象会及时得到清除；但该算法的缺陷 是没有考虑对象的历史访问频率，假设出现下面的情况：两个对象0 1 和0 2 的k i 和s i 相同，其中o l 之前被频繁访问，而0 2 只被访问过一次，由于从服务器中取对象o l 和 6 广西大学硕士学位论文w e bs e r v i c e 传输性能优化研究 0 2 的价值可能相差较大( 有可能c l 要远远大于c 2 ) ，在最坏情况下，可能会把o l 替换 出去而留下了0 2 。 g d s f 算法( g r e e d yd u a ls i z ef r e q u e n c y ) 【3 5 】：该算法通过加入对象访问频率因素 对g d s 算法进行改进，计算公式为k i = ( c i s i ) * f i + l ，但该算法未考虑缓存对象大小 与缓存空间大小之间的关系，使得缓存空间的利用率得不到很好的发挥。 1 3 课题研究的意义及目的 w e bs e r v i c e 定义了应用程序如何在l n t c m c t 上实现互操作，它极大的扩展了应用程 序的功能，实现了软件的动态提供【3 6 1 。服务集成速度更快、更高效并且成本更低的特点， 使w e bs e r v i c e 技术得到了广泛的关注。由于更多用户的加入，在网络资源有限的环境 下，使得w e bs e r v i c e 的性能和用户的需求出现了越来越大的差距。目前，对网络服务 性能影响较大的主要因素包括以下两方面：一方面是服务器的响应时间，这主要取决于 服务器的处理性能。在目前的网络环境下，由于服务器的数据存取量庞大，致使服务器 的负载过重，响应速度过慢的问题仍然存在。另一方面是数据在网络传输中的速度。这 主要取决于网络带宽大小和通信的数据量的大小，大量大文件在网络中传输会占用更多 带宽，造成网络拥堵，从而影响传输速度。 本文从有限的网络带宽和服务器性能方面考虑，对w e bs e r v i c e 请求的响应s o a p 消息进行选择压缩，通过消息选择压缩时间代价公式，得到s o a p 消息压缩大小的临界 值，从而对不同大小的s o a p 消息在发送前执行不同的处理。这样的做法，在减少网络 带宽占用量、减轻网络拥堵状况的同时，避免服务器由于过多执行不必要的压缩操作而 增加的负担，使用户的请求能够尽快得到响应；另一方面，对s o a p 消息进行缓存，避 免了部分s o a p 消息在服务器端处理流程中的耗时操作。利用本文提出的基于s o a p 的 w e b 缓存替换算法贪心因子平衡替换算法g f b 的计算公式，计算被替换对象的价 值，相比以往的w e b 缓存替换算法，对代理服务器中缓存的s o a p 消息进行更加合理的 替换，得到了更高的对象命中率和字节命中率。这意味着服务请求者可以在代理服务器 中得到更多的服务请求结果，则访问原始服务器的频率将会有一定程度的降低，从而减 轻原始服务器的工作负担，提高原始服务器的工作效率。从用户体验的角度来看，请求 的响应速度就会得到加快，即网络延迟减小，这对w e bs e r v i c e 的传输性能优化有十分 积极的作用。 因此，本论文对w e bs e r v i c e 传输性能优化的研究，不仅有利于丰富w e bs e r v i c e 性 7 w e bs e r v i c e 传输性能优化研究 能优化领域的理论知识，而且具有一定的应用价值。 1 4 本论文的主要工作 本文基于w e bs e r v i c e 的协议规范，主要做了以下工作： ( 1 ) 了解基于s o a 的w e bs e r v i c e ，对w e bs e r v i c e 的概念、服务栈以及w e bs e r v i c e 的相关技术，如s o a p ，w s d l 和u d d i 作了简单介绍。 ( 2 ) 对现有的w e bs e r v i c e 规范和技术基础进行分析，研究目前w e bs e r v i c e 所面临的 性能问题。 ( 3 ) 研究了现有的提高s o a p 消息传输性能的方法，提出了s o a p 消息选择压缩模型 s c c m ，给出消息选择压缩时间代价公式s c c t ，详细介绍了s c c t 的推导过程，给出 其理论依据，最后采用多个x m l 压缩算法对s c c t 的可行性以及相对普遍性了进行验 证。 ( 4 ) 通过对目前几种主要的缓存替换算法进行比较，分析了各算法的优点及不足，提 出一个基于s o a p 的w e b 缓存替换算法贪心因子平衡替换算法g f b ，并通过仿真 实验验证了该算法具有较高的对象命中率和字节命中率。 1 5 本论文的组织结构 本论文的章节组织如下 第一章绪论，主要介绍w e bs e r v i c e 传输性能优化的研究现状，课题的研究目的 及意义。 第二章介绍了w e bs e r v i c e 的体系架构，基本概念，特点，相关技术基础，协议 栈等基本知识。 第三章s o a p 消息选择压缩研究。在研究现有的提高s o a p 消息传输性能方法的 基础上，提出一个s o a p 消息选择压缩模型，介绍了模型的运行机制，并给出消息选择 压缩时间代价公式s c c t 及其推导过程，说明公式的理论依据，最后验证s c c t 的可行 性及普遍性。 第四章介绍了五种经典的替换算法，针对w e bs e r v i c e 的特殊性，对这五种经典 替换算法作了对比分析，提出基于s o a p 的w e b 缓存替换算法贪心因子平衡替换 算法g f b ，该算法考虑了s o a p 消息在网络中传输的8 个影响因子，并对算法的性能进 行分析，通过实验证明该算法的优越性。 第五章总结与展望。对本文进行总结，并对进一步的研究工作作出展望。 w 6 bs e r v i c e1 5 - 输性能优化研究 第二章w 曲s e r v i c e 基础知识 2 1w e bs e r v i c e 概述 互联网技术的迅速发展以及互联网应用的普及，使网络用户不断增多，特别是电子 商务发展以来，各组织之间的合作越发频繁，更加希望能将各种功能进行集成。但是在 集成时，出现了不同平台的应用程序之间耦合困难或集成代价高的问题。随着x m l 技 术的不断发展，微软提出了“w e bs e r v i c e ”的概念。w e bs e r v i c e 构建在开放的标准上，把 功能程序封装后在网络上发布，以方便其它用户对功能模块进行调用。这种调用方式对 外提供接口，屏蔽了底层的应用平台，使得企业的应用集成更加方便快捷。 2 1 1w e bs e r v i c e 的基本含义 w e bs e r v i c e 是一种通过统一资源指示符( u r i ) 标识的软件应用，其接口及绑定形式 可以通过x m l 标准定义、描述和检索，w e bs e r v i c e 能够通过x m l 消息完成与其它软件 应用的直接交互【3 7 1 。简单来说，一个服务就是开发者编写的一段程序，对用户来说，该 服务相当于一个“黑盒”，对外提供一个通过x m l 标准定义和描述的接口，让调用者可以 通过编程的方式调用该程序获得服务调用结果，不需要知道服务内部的具体实现方式及 过程 3 8 1 。 2 1 2w e bs e r v i c e 的特点 w e bs e r v i c e 是一种部署在w e b 上的对象组件，它具有以下特型3 9 】： ( 1 ) 良好的封装性：作为一种部署在w e b 上的对象，具备对象的良好封装性，服务 调用者只能看到这个对象提供的功能列表，对象的实现过程对用户而言是透明的。 ( 2 ) 平台无关性：任何能够访问互联网的用户都能访问w e bs e r v i c e ，无论服务运行 于什么样的平台，均不影响其它不同平台上的用户对服务的访问和调用。 ( 3 ) 高度的可集成能力：采用标准w e b 协议描述组件界面，屏蔽了不同软件平台的 差异，具有很好的可集成性