基于Web服務性能的瓶頸定位策略研究

摘要：Web服務組合中各子服務的服務速度一般呈現服務速度差異不大，服務速度差異較大。大部分的子服務都是以較低的速度提供服務；或者都以較高的速度為用戶提供服務，為了驗證BNL-WSCPAM策略在上述情況下對Web服務組合瓶頸定位的有效性，文章重點就Web服務性能的瓶頸定位策略進行了研究和分析。

關鍵詞：Web服務；性能瓶頸；瓶頸定位

中圖分類號：TP393.09文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

一些關于Web服務組合性能評價的研究采用的是基于模型的方法，首先為Web服務組合系統建立一個合適的模型，然后求出模型的各項性能指標，最后根據得到的性能指標對模型進行性能評估．目前廣泛采用的建模工具有進程代數、Pi演算、自動機理論、排隊論、Petri網等。目前有一種代價概率進程代數PPPA并用于Web服務組合建模，以支持web服務組合的功能、可靠性、性能和代價的建模和分析，還有一種是針對工作流網提出了一種性能建模和分析的方法，其包含時間、結構和資源等多維度信息的工作流網絡概念，將無環自由選擇工作流網絡分解為一組變遷組件集的算法進行擴展，使得該算法能夠處理包含循環結構的時間工作流網。利用連續時間馬爾可夫鏈對資源的可用性進行分析，并且通過服務到達的平均速率和服務速率分析出工作流中可能存在的瓶頸。

一、Web服務功能概述

Web服務是軟件技術發展的方向，GISystem也正向GlService發展，OGC近年制定和發布了一系列地理信息系統（GIS）網絡服務的相關標準，其中網絡分析服務標準，使GIS共享與互操作能力達到了功能共享的新高度。OGC WPS服務屬于數據處理Web服務，GIS客戶端可調用OGC WPS服務，將空間數據傳輸給服務器進行處理，最后取回處理結果，為保持開放性和互操作能力，所傳輸的數據一般以XML／GML形式組織。一般情況下，從服務調用過程來看，以OGCWPS服務為代表的現有數據處理Web服務可被稱為“來料加工”的服務模式：客戶端聯系服務器，將數據傳輸至服務器加工處理，再通過網絡將結果返回。但該模式存在以下問題：數據處理服務調用和執行過程中，容易存在網絡帶寬有限而數據傳輸量過大的問題；數據處理服務依賴于大量數據的反復傳輸，使得數據處理服務鏈和服務組合構建困難；數據以開放的XML封裝后在網絡中不同主機反復傳輸，因此難以保證數據安全。這些問題在GIS數據處理網絡服務中非常突出，因為GIS的空間數據具有海量特性，同時空間數據對安全性有突出要求。

二、性能瓶頸定位的結構分析

非終止庫所共有3種狀態：主動受阻狀態、被動受阻狀態和流通狀態，通常都是利用圖形符號來表示庫所的3種不同狀態和變遷成為瓶頸的可能性大小。

（一）順向結構

因為在順序結構不存在被動受阻庫所，所以另外兩種庫所可能的幾種分布，根據目前作用的算法，我們知道此時只有庫所S0可以作為當前庫所進行瓶頸定位分析，因為當前庫所S0為流通庫所，因此變遷t0是可實施的，存在從S0途經變遷t0流向S1的token流，如果：λ0>λ1，則說明正常情況下對S1而言token流入速度大于流出速度，從而S1應該成為流通庫所，但S1卻為主動受阻庫所，從而說明變遷t0發生了阻塞，它成為瓶頸的可能性高。λ0≤λ1，λ1>λ2，說明正常情況下，S2應該成為流通庫所，但S2并不是流通庫所，從而說明t1發生了阻塞，t1成為瓶頸的可能性高。依次類推，假設tr為順序結構的最后一個變遷，繼續分析如下：

λ0≤λ1，λ1≤λ2，…，λj-2≤λj-1，λj-1≤λj（j≤r-1），則說明tj-1成為瓶頸的可能性高；λ0≤λ1，λ1≤λ2，…，λj-2≤λj-1，則說明該結構中不存在成為瓶頸可能性高的變遷。下面對順序結構中不同狀態庫所的分布進行分析，庫所s0和s1均可作為當前庫所，當S。作為當前庫所進行分析時，λ0>λ1，根據順序結構中不同狀態庫所的分布分析可知在這種情況下t1成為瓶頸的可能性小；λ0≤λ1說明正常情況下S1的隊列長度應小于等于S0的隊列長度，如果這個條件不滿足，則說明t0成為瓶頸的可能性高，無論是哪種情況，都將當前庫所修改為S0，然后繼續進行分析，當S1作為當前庫所進行分析時，考慮一般的情況，假設Sf是順序結構的首庫所Sr，是順序結構的尾庫所（r>f），Sf，到Si連續i-f+1個庫所均為流通庫所（f≤i≤r），Si+1到Sr均為主動受阻庫所，根據前面的算法可知Sf，到Si之間的任何一個庫所都有可能被選為當前庫所，不失一般性，可以假設首先選擇Sj，（f≤j≤i）為當前庫所，為了能夠嵌套調用前面的分析方法，可以用順序結構的瓶頸預測算法進行處理。

（二）實驗分析

為了測試策略BNL-WSCPAM的有效性，開發了一個界面友好的跨平臺軟件集成平臺．該平臺包括基于本體的Web服務組合需求獲取子系統、按照需求規劃組合服務子系統、消息服務器及Web服務組合流程控制子系統、Web服務組合性能分析仿真子系統和Web服務組合性能分析數學分析子系統．本文的工作屬于平臺Web服務組合性能分析數學分析子系統，該子系統以BPEL文件和WSDL文件作為輸入，通過對二者的解析生成對應的基于SPN的Web服務組合性能分析模型WSCPAM，并在得到的WSCPAM上實現策略BNL—WSCPAM對web服務組合進行性能評價和性能瓶頸預測．該子系統采用圖形化的展示方式，圖形化顯示WSC-PAM模型以及性能瓶頸的預測結果，以便用戶進行查看和分析．本系統采用的開發平臺為eclipse，主要使用的開發語言為Java和SQL，開發過程中使用了Java swing和多線程技術，采用的操作系統為Windows 2003。

三、結束語

本文首先給出了一種基于SPN的Web服務組合性能分析模型WSCPAM，然后通過對WSCPAM的4種基本結構進行結構轉換得到性能瓶頸定位分析結構集，在此基礎上提出了一種web服務組合性能瓶頸定位策略BNL—WSCPAM．該策略根據庫所中token消耗的速度將庫所分成主動受阻庫所、被動受阻庫所和流通庫所3類，并通過對分析結構集中的結構進行順向結構分析和逆向結構分析得到在3類庫所所有可能分布下的性能瓶頸位置的預測結果，最后用測試用例說明了BNL-WSCPAM預測結果的有效性．通過WSCPAM的定義可知，WSC-PAM實質上是結構部分受限的SPN，因此如何將BNL—WSCPAM策略擴展到一般的Petri網將是我們今后的努力方向。

參考文獻：

[1]郭長國.基于廣義隨機Petri網的Web服務交互行為[J].計算機研究與發展，2012.

[2]彭奕.數據加密技術在計算機網絡安全中的應用價值研究[J].現代情報，2012.