Caching Optimization in Service Oriented Architecture

Mgr. Miroslav Kubásek, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Service-Oriented Architecture (SOA) je architektura, která umožňuje propojovat rozsáhlé aplikační bloky bez ohledu na platformu a jazyk, v kterém jsou tyto jednotlivé části (webové služby) naprogramovány. Pro komunikaci mezi těmito webovými službami (WS) je jako standard používán protokol SOAP. Díky velkému nárůstu komunikace mezi webovými službami a také vzhledem k tomu, že SOAP je založen na textovém standardu XML, vzniká velký problém s rychlostí takto používaných webových služeb a také s velkým nárůstem objemu přenesených dat. Ve své práci představuji cache, jako jedno z možných řešení, které zmenší množství přenesených dat a zrychlí odezvu webových služeb. Současné cache systémy, které jsou zaměřeny na běžný obsah webových stránek, nejsou bohužel vhodné pro webové služby, protože neumožňují pracovat s protokolem SOAP. Ve své práci komplexně popíši problematiku cachování a představím různé přístupy které jsou používány pro zrychlení distribuovaných výpočetních systémů. V práci podrobně popíši většinu „replacement“ algoritmů, které určují, který objekt se vyřadí z paměti cache pokud v ní již není místo. Dále pak provedu experimenty nad vybranými algoritmy a zjistím, jak se chovají v případě cachování SOAP zpráv. Pro oblast webových služeb představuji ve své práci řešení pomocí takzvané sémantické cache, která umožní vracet z paměti nejen totožné, již dříve zaslané SOAP zprávy, ale také zprávy, které lze z již uložených dat získat jako podmnožiny či spojení podmnožin. Pro uložení relevantních informací o jednotlivých SOAP zprávách je využita stromová struktura (Web Service Tree), která je vytvářena na základě rozšíření WSDL souboru a její struktura je založená na vstupních parametrech volané webové služby. Dále pak představuji jazyk založený na XML, který rozšiřuje vyjadřovací sílu WSDL dokumentu o informace, které mohou být využity právě pro prezentovanou sémantickou cache. Popisuji detaily použité při implementaci prototypu této cache a také výsledky z testů, které byly provedeny. V závěru práce pak představuji několik projektů z oblasti lékařství, životního prostředí a e-learningu, které jsou postaveny na principech SOA a v nichž jsou využívány principy v této práci popisované sémantické cache.

Abstract:

Service Oriented Architecture (SOA) is an architectural style, which allows interaction of diverse applications regardless of their platform, implementing languages and locations by utilizing generic and reliable services that can used as application building block. In my work I define and give a brief overview of the SOA and related technology. There are several factors that contribute to the performance in Web Services environment. Network transaction time, time to take to handle the message and time the service itself takes to execute are the main three frequent factors to culprit in ill-performing Web Services. Current Web caching systems are not able to speed up Web Services because they are intended only for common web content. In my thesis I introduce fundamentals in caching and briefly describe various avenues of approach for using the cache in miscellaneous distributed computing systems. I review when and where to use caching and look at some real-world scenarios to demonstrate the power of adding a cache to Web Services environment. I also describe motivation for research in the area of caching Web Services. I give an exhausting outline of the specification of replacement strategies designed for caching and compare some of the replacement algorithms. This experiment is tested in the Web Services environment and focuses on the reduction of the average downloading latency. I introduce the semantic caching as a possible solution for caching SOAP messages and define Web Service Tree as a possible representation of SOAP requests. I also propose a model of the Semantic Transparent Cache for Web Services based on these tree indexes. Finally I introduce an XML-based declarative language to extend WSDL documents with information about the caching-relevant semantics. I present some results of performance experiments testing the prototype of implementation. The results of these experiments confirm functionality and effectiveness of the proposed prototype. I also show several projects based on SOA where we apply semantic-based approach architecture for caching of Web Services.

Keywords

SOA, Cache, Web Services, XML, SOAP, Optimization

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 9. 1. 2007

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 9. 1. 2007
• Vedoucí: prof. RNDr. Jiří Hřebíček, CSc.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Doktorský studijní program / obor:
Informatika / Informatika