네이티브 앱 vs 도커 컨테이너(and Host vs Bridge) - part2

개요

이전 테스트에서는 몇가지 부족한 점이 있었습니다.
이번에는 이전 테스트의 부족한 점을 보완하고, 더욱 정확한 벤치마킹을 위해 다시 한번 테스트를 진행하고자 합니다.

보완사항

1. 버전과 환경의 일관성 향상

• 이전 테스트의 경우, 네이티브 환경에서는 AWS Ubuntu 24.04 LTS, Node.js v18.19.1을 사용하였으나, 도커 컨테이너 환경에서는 Node:18(v18.20.3) 이미지를 사용하였습니다. 물론 둘 다 데비안 계열 OS이긴 했지만, 버전이 다르고 시스템 구성도 다르기 때문에 성능 차이가 발생할 수 있었습니다.
• 따라서 이번 테스트에서는 동일한 VM을 사용하되, 전체적인 환경 구성을 위해 DinD(Docker in Docker)를 사용하여 세 가지 경우 모두 동일한 환경을 구성하였습니다.

2. DiskI/O 테스트 방식 변경

• 이전 테스트에서도 파일을 생성하고 읽는 방식으로 디스크 I/O 성능을 측정하였습니다. 다만 매우 짧은 텍스트 파일을 생성하고 읽는 방식이라, 실제로는 디스크 I/O 성능을 측정보다는 네트워크 성능을 측정한 것과 다름이 없었습니다.
• 따라서 이번 테스트에서는 약 100MB의 크기를 가진 파일을 생성 후 읽고, 삭제하는 방식으로 디스크 I/O 성능을 측정하였습니다.

환경 구성

버전 및 테스트 구조도

• Host: AWS EC2 t2.xlarge(4 vCPU, 16GB RAM), Ubuntu 24.04 LTS
• Outer Container: Node.js v20.13.1
• Inner Container: Node.js v20.13.1

구성 주의사항

• Docker in Docker(DinD)를 사용하여 동일한 환경을 구성하였습니다.
  • 이 때, 단순히 도커 소켓을 공유하는 방식으로 구성하면 안됩니다. 외부 컨테이너에서 내부 컨테이너를 실행할 때, 호스트의 도커 소켓을 공유하면 호스트의 도커가 실행되어버리기 때문입니다.
    • 예시: docker run -v /var/run/docker.sock:/var/run/docker.sock ...
• DiskIO 측정시 사용하는 볼륨은 외부 컨테이너와 내부 컨테이너 간에 공유되어야 합니다. 디스크 I/O 성능을 측정하기 위해 내부 컨테이너에서 생성한 파일이, 휘발되지 않고 호스트에 저장되어야 하기 때문입니다.

세부 준비사항

Dockerfile 작성

FROM docker:27.0.0-rc.1-dind

RUN apk add --no-cache nodejs npm

WORKDIR /usr/src/app

COPY package*.json ./

RUN npm install

COPY . .

EXPOSE 3000

CMD ["sh", "-c", "dockerd-entrypoint.sh"]

app.js 개선

function generateStringDataInMB(baseString, sizeInMB) {
  const repeatCount = Math.ceil((sizeInMB * 1024 * 1024) / baseString.length);
  return baseString.repeat(repeatCount);
}

app.get('/network', (req, res) => {
  res.send('Network endpoint response');
});

app.get('/disk-io', async (req, res) => {
  const filePath = './shared/testfile.txt';
  const fileContent = generateStringDataInMB('Some content to write to the file', 100); // Generate ~100MB of data

  try {
    await fs.writeFile(filePath, fileContent);
    const data = await fs.readFile(filePath, 'utf8');
    await fs.unlink(filePath);
    res.send(`File content length: ${data.length} and file deleted successfully`);
  } catch (err) {
    res.status(500).send(`Error: ${err.message}`);
  }
});

app.get('/cpu', (req, res) => {
  const start = Date.now();

  for (let i = 0; i < 1e5; i++) {
    crypto.createHash('sha256').update('test').digest('hex');
  }

  const end = Date.now();
  res.send(`CPU intensive task completed in ${end - start} ms`);
});

app.listen(port, () => {
  console.log(`Server running at http://localhost:${port}`);
});

Docker in Docker(DinD) 구성

1. 외부 컨테이너 이미지 생성

docker build -t outer-container .

2. 외부 컨테이너 실행

docker run -d \
    --rm \
    --name outer-container \
    --privileged \
    -p 3000:3000 \
    -v /home/ubuntu/shared:/usr/src/app/shared \
    outer-container

3. 내부 컨테이너 생성

docker build -t inner-container .

4. 내부 컨테이너 실행

# 네트워크 모드
docker run -it \
    --rm \
    --name inner-container \
    --privileged \
    -v /usr/src/app/shared:/usr/src/app/shared \
    -w /usr/src/app \
    --network host \
    inner-container \
    /bin/sh

# 호스트 모드
docker run -it \
    --rm \
    --name inner-container \
    --privileged \
    -v /usr/src/app/shared:/usr/src/app/shared \
    -w /usr/src/app \
    -p 3000:3000 \
    inner-container \
    /bin/sh

benchmark.sh 작성

...
    THREADS=32
    CONNECTIONS=400

    wrk -t$THREADS -c$CONNECTIONS -d$DURATION ${base_url}/network > $OUTPUT_DIR/${output_prefix}_network.txt
    echo "Network benchmark completed."

    THREADS=3
    CONNECTIONS=4

    wrk -t$THREADS -c$CONNECTIONS -d$DURATION ${base_url}/disk-io > $OUTPUT_DIR/${output_prefix}_disk_io.txt
    echo "Disk I/O benchmark completed."

    THREADS=5
    CONNECTIONS=5

    wrk -t$THREADS -c$CONNECTIONS -d$DURATION ${base_url}/cpu > $OUTPUT_DIR/${output_prefix}_cpu.txt
    echo "CPU benchmark completed."
...

• 큰 틀은 유지하되, 테스트의 강도를 조절하였습니다.

실험 결과

네트워크

테스트	네이티브	Docker(host)	Docker(bridge)
1회차	5360.21	5417.84	5195.34
2회차	5026.70	5193.76	5212.29
3회차	5389.39	5492.70	5100.49
평균	5258.77	5368.10	5169.37

디스크 I/O

테스트	네이티브	Docker(host)	Docker(bridge)
1회차	2.80	2.75	2.80
2회차	2.73	2.66	2.76
3회차	2.63	2.65	2.66
평균	2.72	2.69	2.74

CPU

테스트	네이티브	Docker(host)	Docker(bridge)
1회차	4.23	4.21	4.19
2회차	4.10	4.14	4.16
3회차	4.06	4.16	4.23
평균	4.13	4.17	4.19

결론

• 네트워크 성능: Docker 호스트 모드가 가장 우수한 성능을 보였지만, 네이티브와 Docker 브리지 모드도 유사한 성능을 보였습니다.

• 디스크 IO 성능 / CPU 성능: 세 환경 모두에서 유사한 성능을 보였으며, 유의미한 차이가 없었습니다.

결과적으로, Node.js 서버의 성능은 네이티브 환경과 Docker 환경(호스트 모드, 브리지 모드)에서 큰 차이가 없고, Docker 환경에서도 안정적이고 일관된 성능을 제공할 수 있음을 알 수 있습니다.
혹시 이번 테스트에서도 부족한 점이 있을 수 있으니, 추가적인 피드백이 있다면 언제든지 환영합니다!