組み込みスクリプト言語Mrubyを利用したwebサーバの機能拡張支援機構
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Webサーバを利用したサービスの増加に伴って，Webサーバ上で生じるインシデントも増加している．これらの問題を解決するために，Webサーバソフトウェアの機能拡張が必要である．Apacheを利用していた場合，機能拡張のためにはC言語やApache内部の仕様を深く理解している必要があり，開発の敷居が高く，コンパイルが必要となって保守性が低い．そこで，現在注目されてきている組み込みスクリプト言語mrubyを利用して，Apacheに機能拡張のためのmruby用インターフェイスを実装し，mrubyスクリプトによって簡単にApache内部の機能拡張を行える機構mod_mrubyを提案する．mod_mrubyは，Apache内部に存在する各種リクエスト処理フェーズにおいて，任意のmrubyスクリプトを任意のフェーズでフックして実行できるインターフェイスを提供している．フックする際には，Apache内部でのみ保持しているリクエスト処理情報を，組み込みスクリプトの特性を生かして，mrubyスクリプト上で操作可能にした．また，mrubyスクリプト実行時に生成される状態遷移を保存する領域や拡張ライブラリのロードを複数のmrubyスクリプトで共有し，コンパイルされたバイトコードのみを使い分ける事によって，高速に動作するように設計した．その結果，mrubyは広く利用されているRubyと同様のオブジェクト指向による実装が可能である事と相まって，多くの開発者がApacheの機能拡張に取り組み易くなると考えている．
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- 10. 既存スクリプトによる機能拡張支援 本研究 従来の機 mod_ mod_perl mod_lua mod_ 能拡張 ruby mruby 言語 C Perl Ruby Lua mruby 初期化処理 ** 事前 事前 都度 事前 ライブラリ 読み込み ** 事前 事前 都度 事前 コンパイル 事前 都度 都度 都度 都度 コードの変更 不可 可 可 可 可 グローバル状態 共有 共有 共有 非共有 非共有 高速性と柔軟性と生産性を達成するアーキテクチャを目指す 10 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
- 11. 3. mruby 11 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
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- 16. 高速性 • 既存ではmod_luaが最も高速 – Luaはスクリプト言語で最速とされている – mod_luaのアーキテクチャは高速性を犠牲にしてい る • mod_perlやmod_rubyの問題を改善 – スクリプト実行毎にインタプリタをロード – グローバル変数や関数を複数スクリプトで干渉させない • それでもmod_perlやmod_rubyより高速 – Lua自体の高速処理の恩恵 – Apacheの内部制御を目的としているため低機能でも良い mod_mrubyでは高速性を生かしつつ 16 グローバル変数や関数の干渉問題を解決 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
- 17. mod_luaのアーキテクチャ Luaスクリプトがフック ボトルネック 状態遷移保存領域（Lua_state）の確保 ライブラリ読み込み mod_lua Luaスクリプト読み込み アークテクチャ 構文木を解析 バイトコード生成 VM上で実行 17
- 18. 状態遷移保存領域に関するmrubyとLuaの違い • 状態遷移保存領域を複数のスクリプトで共有する場合 – Luaの場合 • 共有している他のスクリプトのfunctionを実行できる • Webコンテンツやモジュールスクリプトで関数が干渉 – mrubyの場合 • それぞれのバイトコードは状態遷移保存領域に保存 • C側でバイトコードにアクセスするメソッドやインターフェイス を定義しない限りはmruby側から通常干渉する事は無い 18 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
- 19. mod_mrubyのアーキテクチャ mrubyスクリプトがフック 1サーバプロセス単位 1状態遷移保存領域 状態遷移保存領域 （mrb_state） とライブラリを共有 mod_mruby mrubyスクリプト読み込み アーキテクチャ 構文木を解析 バイトコード生成 VM上で実行 19
- 20. mod_mrubyのアーキテクチャ • Apacheのサーバプロセスとmrubyの関係 – 子サーバプロセス単位でmrb_stateとVMを保持 – フックされたファイルをそれぞれバイトコードにコンパイルして保存 親サーバプロセス バイトコード1 状態遷移保存領域A VM 子サーバプロセスA バイトコード2 A （mrb_state) ・ 拡張ライブラリ ・ ・ ・ バイトコード1 状態遷移保存領域B VM 子サーバプロセスB （mrb_state) バイトコード2 B ・ ・ ・ 拡張ライブラリ ・ ・ 20 ・ ・ ・
- 21. 5. パフォーマンス評価 21 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
- 22. 実験 • クライアントからWebサーバにアクセスして処理性能を評価 • 同一処理をApacheモジュール・mod_lua・mod_mrubyで実装して比較 • どのURLにアクセスしても“Hello World”出力する内部機能 • 同時接続数100総接続数10万アクセスで評価 • サーバプロセスの生成破棄が発生しないようにチューニング クライアント CPU Intel Core2Duo E8400 3.00GHz Memory 4GB NIC Realtek RTL8111/8168B 1Gbps OS CentOS 5.6 Webサーバ CPU Intel Xeon X5355 2.66GHz Memory 8GB NIC Broadcom BCM5708 1Gbps OS CentOS 5.6 Middle Ware Apache 2.2
- 23. 実験結果 mod_hell mod_ mod_ mod_perl mod_lua o ruby mruby （C言語） （本研究） 言語 C Perl ruby Lua mruby 初期化処理 ** 事前 事前 都度 事前 ライブラリ ** 事前 事前 都度 事前 読み込み コンパイル 事前 都度 都度 都度 都度 コードの変更 不可 可 可 可 可 グローバル状態 共有 共有 共有 非共有 非共有 性能 9861.1 3346.3 4769. 5209.1 8225.7 (Response/s ec) 7 8 04 1 8
- 24. 考察 • mod_helloで処理した場合と比較 – mod_mrubyは83.4%の性能 – mod_luaは52.8%の性能 – mod_rubyは48.3%の性能 – mod_perlは33.9%の性能 • mod_mrubyとmod_luaの差 – 状態遷移保存領域（mrb_state）とライブラリを共有したため – mod_mrubyで共有していない場合は30%程度の性能 • 言語としてはLuaの方がmrubyより高速だと推測 • ただし5月時点 • その後もmruby自体の改修は活発に進んでいる 24 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
- 25. 6. まとめ 25 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
- 26. まとめ mod_mrubyの提案と高速性の評価 高速性 C言語でモジュールを作った場合と比べて83.4%の性能 既存のスクリプト機能拡張支援よりも大幅に高速 インタプリタを複数スクリプトで共有 柔軟性 グローバル変数やFunctionも干渉しない 生産性 Rubyによる記述やApacheのリスタート不要 Apacheの内部処理拡張において 生産性と保守性を重視した場合の選択肢となりうる性能 26 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29
- 27. まとめ 今後の課題 メモリフットプリントの評価 フックフェーズや拡張ライブラリを随時実装 バイトコードのキャッシュ機構を実装 Riteバイナリでのモジュール組み込みに対応 Nginxにもngx_mrubyを実装 mrubyで複数のWebサーバソフトウェアの機能拡張を吸収 mruby script 1 Nginx Nginx ngx_mruby mruby script 2 Core API mruby API mruby script 3 for mruby script Apach Apach Web ・ n mod_mrub ・ e e ・ y ・ Core API 27
- 28. ご清聴ありがとうございました ご質問はブログ blog.matsumoto-r.jp または @matsumotory （twitter） へ 28 平成24年度第2回IOT研究会 2012/6/29