WebAssembly 20x वेब एप्लिकेशन का उपयोग त्वरित

यह आलेख जावास्क्रिप्ट को WebAssembly के साथ बदलकर एक ब्राउज़र एप्लिकेशन को तेज करने के लिए एक मामले पर चर्चा करता है।

WebAssembly - यह क्या है?

संक्षेप में, यह स्टैक्ड वर्चुअल मशीन के लिए एक द्विआधारी अनुदेश प्रारूप है। वासम (संक्षिप्त नाम) को अक्सर एक प्रोग्रामिंग भाषा कहा जाता है, लेकिन ऐसा नहीं है। अनुदेश प्रारूप को जावास्क्रिप्ट के साथ ब्राउज़र में निष्पादित किया जाता है।

यह महत्वपूर्ण है कि WebAssembly को C / C ++, Rust, Go जैसी भाषाओं में स्रोतों का संकलन करके प्राप्त किया जा सकता है। यह स्थिर टाइपिंग और तथाकथित फ्लैट मेमोरी मॉडल का उपयोग करता है। कोड, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक कॉम्पैक्ट बाइनरी प्रारूप में संग्रहीत है, इसलिए यह लगभग उतना ही तेजी से चलता है जैसे कि कमांड लाइन का उपयोग करके एप्लिकेशन लॉन्च किया गया था। इन सुविधाओं के कारण WebAssembly की बढ़ती लोकप्रियता बढ़ी है।

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Wasm का उपयोग वर्तमान में कई अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि Doom 3 से लेकर वेब एप्लिकेशन जैसे Autocad और Figma तक पोर्ट किए गए हैं। Wasm का उपयोग सर्वर रहित कंप्यूटिंग जैसे क्षेत्रों में भी किया जाता है।

यह लेख एक विश्लेषणात्मक वेब सेवा को गति देने के लिए Wasm का उपयोग करने का एक उदाहरण प्रदान करता है। स्पष्टता के लिए, हमने C में लिखा एक कामकाजी अनुप्रयोग लिया, जिसे WebAssembly में संकलित किया गया है। परिणाम का उपयोग जेएस के कम उत्पादकता वाले वर्गों को बदलने के लिए किया जाएगा।

अनुप्रयोग परिवर्तन

उदाहरण ब्राउज़र सेवा fastq.bio का उपयोग करेगा, जो कि आनुवंशिकीविदों के लिए है। उपकरण आपको डीएनए अनुक्रमण (डिकोडिंग) की गुणवत्ता का मूल्यांकन करने की अनुमति देता है।

यहाँ काम में एक उदाहरण आवेदन है:



प्रक्रिया का विवरण नहीं दिया जाना चाहिए, क्योंकि वे गैर-विशेषज्ञों के लिए जटिल हैं, लेकिन संक्षेप में, उपरोक्त इन्फोग्राफिक्स के वैज्ञानिक समझ सकते हैं कि क्या डीएनए अनुक्रमण प्रक्रिया सुचारू रूप से चली गई और क्या समस्याएं पैदा हुईं।

इस सेवा में विकल्प, डेस्कटॉप प्रोग्राम हैं। लेकिन fastq.bio डेटा की कल्पना करके चीजों को गति दे सकता है। अधिकांश अन्य मामलों में, आपको कमांड लाइन के साथ काम करने में सक्षम होना चाहिए, लेकिन सभी आनुवंशिकीविदों को आवश्यक अनुभव नहीं है।

सब कुछ बस काम करता है। इनपुट पर - पाठ फ़ाइल के रूप में प्रस्तुत डेटा। यह फ़ाइल विशेष अनुक्रमण उपकरण द्वारा बनाई गई है। फ़ाइल में डीएनए अनुक्रमों की एक सूची और प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड के लिए एक गुणवत्ता मूल्यांकन शामिल है। फ़ाइल स्वरूप .fastq है, यही वजह है कि सेवा को इसका नाम मिला।

जावास्क्रिप्ट कार्यान्वयन

Fastq.bio के साथ काम करते समय उपयोगकर्ता का पहला चरण उचित फ़ाइल का चयन करना है। फ़ाइल ऑब्जेक्ट का उपयोग करते हुए, एप्लिकेशन फ़ाइल से डेटा का एक यादृच्छिक चयन पढ़ता है और इस पैकेज को संसाधित करता है। यहां जावास्क्रिप्ट का कार्य सरल स्ट्रिंग संचालन करना और संकेतक गिनना है। उनमें से एक अलग डीएनए टुकड़े पर ए, सी, जी और टी के न्यूक्लियोटाइड की संख्या है।

आवश्यक संकेतकों की गणना करने के बाद, उन्हें प्लॉटली.जेएस का उपयोग करके कल्पना की जाती है, और सेवा एक नए डेटा चयन के साथ काम करना शुरू कर देती है। UX की गुणवत्ता में सुधार के लिए विखंडन किया जाता है। यदि आप एक बार में सभी डेटा के साथ काम करते हैं, तो प्रक्रिया थोड़ी देर के लिए फ्रीज हो जाएगी, क्योंकि सीक्वेंसिंग परिणाम वाली फाइलें सैकड़ों गीगाबाइट फ़ाइल स्थान पर कब्जा कर लेती हैं। सेवा आकार में 0.5 से 1 एमबी तक डेटा के टुकड़े लेती है और उनके साथ कदम से कदम मिलाकर ग्राफिक डेटा का निर्माण करती है।

यहां बताया गया है कि यह कैसे काम करता है:



लाल आयत में प्रतिपादन के लिए स्ट्रिंग रूपांतरण एल्गोरिथ्म शामिल है। यह कंप्यूटिंग के मामले में सेवा का सबसे भरा हुआ हिस्सा है। यह इसे वॉसम से बदलने की कोशिश करने लायक है।

WebAssembly का परीक्षण

Wasm का उपयोग करने की संभावना का आकलन करने के लिए, प्रोजेक्ट टीम ने fastq फ़ाइलों के आधार पर QC- मेट्रिक्स (QC - गुणवत्ता नियंत्रण) बनाने के लिए तैयार समाधानों की खोज शुरू की। खोज को C, C ++ या Rust में लिखे उपकरणों के बीच किया गया, ताकि कोड को WebAssembly में पोर्ट करना संभव हो सके। इसके अलावा, उपकरण "कच्चा" नहीं होना चाहिए, इसके लिए वैज्ञानिकों द्वारा पहले से सत्यापित एक सेवा की आवश्यकता है।

नतीजतन, चुनाव settk के पक्ष में किया गया था। एप्लिकेशन काफी लोकप्रिय है, यह ओपन-सोर्स है, स्रोत भाषा सी है।

Wasm में परिवर्तित होने से पहले, आपको डेस्कटॉप के लिए settk को संकलित करने के सिद्धांत को देखना चाहिए। Makefile के अनुसार, यहाँ आपको क्या चाहिए:

# Compile to binary $ gcc seqtk.c \ -o seqtk \ -O2 \ -lm \ -lz 

मूल रूप से, आप Emscripten के साथ seqtk संकलित कर सकते हैं। यदि यह वहां नहीं है, तो डॉकर छवि के आसपास पहुंचें।

 $ docker pull robertaboukhalil/emsdk:1.38.26 $ docker run -dt --name wasm-seqtk robertaboukhalil/emsdk:1.38.26 

यदि आप चाहें, तो आप इसे स्वयं एकत्र कर सकते हैं , लेकिन इसमें समय लगता है।

कंटेनर के अंदर, आप आसानी से gcc के विकल्प के रूप में emcc ले सकते हैं:

 # Compile to WebAssembly $ emcc seqtk.c \ -o seqtk.js \ -O2 \ -lm \ -s USE_ZLIB=1 \ -s FORCE_FILESYSTEM=1 

न्यूनतम परिवर्तन:

Emscripten बाइनरी फ़ाइल के आउटपुट के बजाय, .wasm और .js का उपयोग फ़ाइलों को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग WebAssemby मॉड्यूल को लॉन्च करने के लिए किया जाता है।

Zlib लाइब्रेरी का समर्थन करने के लिए, USE_ZLIB ध्वज का उपयोग किया जाता है। लाइब्रेरी को वितरित किया जाता है और उसे वेबएज़ टेम्पर्ड में पोर्ट किया जाता है, और एम्सस्क्रिप्टेन को प्रोजेक्ट में शामिल किया जाता है।

Emscrippten वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम सक्रिय है। यह एक POSIX जैसा FS ब्राउज़र के अंदर RAM में काम करता है। जब पृष्ठ ताज़ा होता है, तो मेमोरी साफ़ हो जाती है।

यह समझने के लिए कि वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम की आवश्यकता क्यों है, यह संकलित WebAssembly मॉड्यूल को चलाने के तरीके के साथ कमांड लाइन से settk शुरू करने के तरीके की तुलना करने के लायक है।

 # On the command line $ ./seqtk fqchk data.fastq # In the browser console > Module.callMain(["fqchk", "data.fastq"]) 

वर्चुअल फ़ाइल सिस्टम तक पहुंच आवश्यक है ताकि फ़ाइल इनपुट के बजाय स्ट्रिंग के साथ seqtk को अधिलेखित न किया जा सके। इस स्थिति में, डेटा फ़्रेग्मेंट को प्रदर्शित किया जाता है। जैसा कि वर्चुअल एफएस फाइल में मुख्य () seqtk के साथ होता है।

यहाँ नई वास्तुकला है:



यह आंकड़ा दिखाता है कि कंप्यूटिंग के बजाय, मुख्य ब्राउज़र स्ट्रीम WebWorkers का उपयोग करती है । यह विधि ब्राउज़र की जवाबदेही को प्रभावित किए बिना पृष्ठभूमि थ्रेड में गणना करना संभव बनाती है। खैर, WebWorker कंट्रोलर ने वर्कर को लॉन्च किया, जो मुख्य थ्रेड के साथ अपनी बातचीत को नियंत्रित करता है।

माउंट फ़ाइल पर वर्कर का उपयोग करके settk कमांड लॉन्च किया गया है। काम पूरा होने के बाद, वर्कर प्रॉमिस के रूप में परिणाम प्रदर्शित करता है। जब कोई संदेश मुख्य थ्रेड द्वारा प्राप्त किया जाता है, तो परिणाम का उपयोग शेड्यूल को अपडेट करने के लिए किया जाता है। और इसलिए कुछ पुनरावृत्तियों में।

WebAssembly के प्रदर्शन के बारे में क्या?

प्रदर्शन में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए, प्रोजेक्ट टीम ने प्रति सेकंड रीड ऑपरेशंस की संख्या के पैरामीटर का उपयोग किया। इंटरएक्टिव चार्टिंग समय को ध्यान में नहीं रखा गया है, क्योंकि दोनों कार्यान्वयन जावास्क्रिप्ट का उपयोग करते हैं।

आउट-ऑफ-द-बॉक्स समाधान का उपयोग करते समय, प्रदर्शन लाभ नौ गुना था।



यह एक उत्कृष्ट परिणाम है, लेकिन जैसा कि यह निकला, इसे अनुकूलित करने का एक अवसर है। तथ्य यह है कि seqtk द्वारा बड़ी संख्या में QC विश्लेषण परिणामों का उपयोग नहीं किया जाता है, इसलिए आप उन्हें हटा सकते हैं। यदि आप ऐसा करते हैं, तो JS की तुलना में परिणाम में 13 गुना सुधार हुआ है।



केवल प्रिंटफ () कमांड पर टिप्पणी करके इसे प्राप्त करना संभव था।

लेकिन यह सब नहीं है। तथ्य यह है कि इस स्तर पर fastq.bio सी के विभिन्न कार्यों को कॉल करके विश्लेषण के परिणाम प्राप्त करता है। उनमें से कोई भी विशेषताओं के अपने सेट की गणना करता है, ताकि फ़ाइल के प्रत्येक टुकड़े को दो बार पढ़ा जाए।

इस समस्या को हल करने के लिए, दो कार्यों को एक में संयोजित करने का निर्णय लिया गया। परिणामस्वरूप, उत्पादकता में 20 गुना की वृद्धि हुई।



यह ध्यान देने योग्य है कि ऐसा उत्कृष्ट परिणाम हमेशा प्राप्त नहीं किया जा सकता है। कुछ मामलों में, प्रदर्शन गिर जाता है, इसलिए यह प्रत्येक मामले का मूल्यांकन करने के लायक है।

निष्कर्ष के रूप में, हम कह सकते हैं कि वासम वास्तव में आवेदन प्रदर्शन में सुधार करना संभव बनाता है, लेकिन आपको इसे बुद्धिमानी से उपयोग करने की आवश्यकता है।

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