[論文レビュー] Microservice Architecture Practices and Experience: a Focused Look on Docker Configuration Files

Luciano Baresi, Giovanni Quattrocchi+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2022

Software System Performance and Reliability被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、29のオープンソースGitHubプロジェクトを対象としたマイニングソフトウェアリポジトリ（MSR）研究を通じて、Docker設定ファイル（Dockerfileおよびdocker-composeファイル）を分析し、現在のマイクロサービスアーキテクチャの実践を明らかにした。その結果、小規模で独立したサービスは一般的である一方、ポリグロットプログラミングは稀であり、APIゲートウェイやサービスレジストリといったツールは広く採用されていることが判明した。これは、確立されたマイクロサービスの原則に対する実際の実装におけるギャップを示している。

ABSTRACT

Cloud applications are more and more microservice-oriented, but a concrete charting of the microservices architecture landscape -- namely, the space of technical options available for microservice software architects in their decision-making -- is still very much lacking, thereby limiting the ability of software architects to properly evaluate their architectural decisions with sound experiential devices and/or practical design principles. On the one hand, Microservices are fine-grained, loosely coupled services that communicate through lightweight protocols. On the other hand, each microservice can use a different software stack, be deployed and scaled independently or even executed in different containers, which provide isolation and a wide-range of configuration options but also offer unforeseeable architectural interactions and under-explored architecture smells, with such experience captured mainly in software repositories where such solutions are cycled. This paper adopts a mining software repositories (MSR) approach to capture the practice within the microservice architecture landscape, by eliciting and analysing Docker configuration files, being Docker the leading technical device to design for, and implement modern microservices. Our analysis of Docker-based microservices gives an interesting summary of the current state of microservices practice and experience. Conversely, observing that all our datapoints have their own shape and characteristics, we conclude that further comparative assessment with industrial systems is needed to better address the recurring positive principles and patterns around microservices.

研究の動機と目的

• オープンソースリポジトリからの実際のDocker設定ファイルを分析することで、現在のマイクロサービスアーキテクチャ実践をマップすること。
• マイクロサービスベースのシステムにおけるDockerfileおよびdocker-composeファイルの使用に関する共通のパターンとアンチパターンを特定すること。
• サービスの独立性や最小限の結合といった、確立されたマイクロサービスの原則が、実際の開発実践にどの程度反映されているかを評価すること。
• 理論的なマイクロサービス設計原則と、生産環境に近い状況での観察された実装パターンとの間の乖離を特定すること。
• 実際のコードベースから抽出したデータを基に、経験に裏打ちされた、実践的設計ガイダンスをソフトウェアアーキテクトに提供すること。

提案手法

• Docker設定ファイル（Dockerfilesおよびdocker-compose.yml）を含むGitHubリポジトリを対象としたMSR研究を実施した。
• 半自動パイプラインを用いて、関連するDocker設定ファイルを有する29のオープンソースマイクロサービスプロジェクトを経由してフィルタリング・選定した。
• Dockerfilesを収集・分析し、サービスのビルドおよび構成実践を理解した。
• docker-composeファイルを分析して、サービスの組み合わせ、サービス間通信、デプロイメントトポロジーを調査した。
• 設定ファイルに使用されているツールやパターン（例：APIゲートウェイ、サービスレジストリ、モニタリング）を特定・分類した。
• 得られた結果を、確立されたマイクロサービスの原則および関連研究と比較し、実務におけるギャップを特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 APIゲートウェイ、サービスレジストリ、メッセージバスなどのアーキテクチャコンポonentが、どの程度広く使われており、どのように構成されているか？
• RQ2 Dockerfileおよびdocker-composeファイルの構成パターンは、マイクロサービスシステムにおける実際のデプロイメントおよび通信戦略をどのように反映しているか？
• RQ3 実世界のマイクロサービス構成で観察される、最も一般的なアンチパターンやベストプラクティスからの逸脱は何か？

主な発見

• 分析対象の平均的なマイクロサービスプロジェクトは小規模であり、ほとんどのプロジェクトで1つのサービスに3つ未満のビジネス機能が含まれており、細粒度のサービスという原則が支持されている。
• 理論的にはポリグロットプログラミングが支持されているものの、分析対象のリポジトリでは、同じマイクロサービスプロジェクト内で複数のプログラミング言語が使われているケースはほとんど見られなかった。
• APIゲートウェイ、サービスレジストリ、メッセージバスが広く使われており、サービスディスcoveryや非結合通信を支援するパターンの採用が顕著である。
• 監視システムが頻繁に構成に含まれており、生産環境向けマイクロサービスデプロイで観察される可視性（オブザーバビリティ）への強い重視が示唆されている。
• 一部のベストプラクティスはしっかり確立されている一方で、真のサービスの独立性といった他の原則は一貫して適用されておらず、潜在的なアーキテクチャ的リスクが示唆された。
• 本研究では、工業的・閉鎖型システムとのさらなる比較分析の必要性を明らかにした。これにより、観察されたパターンの妥当性と一般化可能性を検証できると期待される。