[논문 리뷰] Microservice Architecture Practices and Experience: a Focused Look on Docker Configuration Files

Luciano Baresi, Giovanni Quattrocchi외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 12. 06.

Software System Performance and Reliability인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 29개의 오픈소스 GitHub 프로젝트를 대상으로 소프트웨어 레포지터리 마이닝(MSR) 연구를 수행하여 도커 설정 파일—Dockerfile 및 docker-compose 파일—을 분석함으로써 현재의 마이크로서비스 아키텍처 관행을 규명한다. 연구 결과, 소규모 독립형 서비스는 일반적이지만, 폴리글롯 프로그래밍은 흔치 않으며, API 게이트웨이 및 서비스 레지스트리와 같은 도구는 널리 채택되어 있어, 기존의 마이크로서비스 원칙에 대한 실질적 이행에 격차가 있음을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 오픈소스 레포지터리에서 추출한 실제 도커 설정 파일을 분석하여 현재의 마이크로서비스 아키텍처 관행을 매핑한다.
• 마이크로서비스 기반 시스템에서 Dockerfile 및 docker-compose 파일 사용에 대한 공통 패턴과 악성 패턴을 특정한다.
• 서비스의 독립성과 최소 결합성과 같은 기존의 마이크로서비스 원칙이 실제 개발 관행에 얼마나 반영되어 있는지 평가한다.
• 이론적 마이크로서비스 설계 원칙과 실제 운영 환경에서 관찰된 구현 패턴 간의 격차를 부각한다.
• 실제 코드베이스에서 추출한 데이터를 바탕으로 소프트웨어 아키텍트가 경험 기반의 실증적 설계 지침을 얻을 수 있도록 지원한다.

제안 방법

• Docker 설정 파일(Dockerfile 및 docker-compose.yml 포함)을 포함한 GitHub 레포지터리에서 MSR 연구를 수행하였다.
• 반자동화된 파이프라인을 사용하여 관련 도커 설정 파일을 보유한 29개의 오픈소스 마이크로서비스 프로젝트를 필터링 및 선별하였다.
• 서비스 빌드 및 구성 관행를 이해하기 위해 Dockerfiles를 수집하고 분석하였다.
• 서비스 조합, 서비스 간 통신 및 배포 토폴로지 분석을 위해 docker-compose 파일을 분석하였다.
• 설정 파일에 사용된 도구 및 패턴(예: API 게이트웨이, 서비스 레지스트리, 모니터링)을 식별하고 분류하였다.
• 기존의 마이크로서비스 원칙 및 관련 연구와 비교하여 실무에서의 격차를 규명하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실제 도커 설정 파일에선 잘 알려진 마이크로서비스 원칙—예를 들어 세밀한 분할, 느슨한 결합—이 얼마나 반영되어 있는가?
• RQ2 Docker 설정 파일을 근거로 볼 때, 마이크로서비스 프로젝트에서 여러 프로그래밍 언어와 소프트웨어 스택을 사용하는 비율은 얼마나 높은가?
• RQ3 API 게이트웨이, 서비스 레지스트리, 메시지 버스와 같은 아키텍처 컴포넌트 중에서 가장 널리 사용되고 있으며, 어떻게 구성되어 있는가?
• RQ4 Dockerfile 및 docker-compose 파일의 구성 패턴은 마이크로서비스 시스템에서 실제 배포 및 통신 전략을 어떻게 반영하고 있는가?
• RQ5 실제 마이크로서비스 구성에서 가장 흔히 관찰되는 악성 패턴 또는 최적화 원칙에서의 이격은 무엇인가?

주요 결과

• 분석된 마이크로서비스 프로젝트의 평균 크기는 작으며, 대부분의 프로젝트에서 서비스당 사업 기능 수가 3개 이하로 제한되어 있어 세밀한 서비스 원칙을 뒷받침한다.
• 이론적으로 폴리글롯 프로그래밍이 지지되지만, 분석된 레포지터리에서는 동일한 마이크로서비스 프로젝트 내에서 여러 프로그래밍 언어를 사용하는 경우가 거의 없었다.
• API 게이트웨이, 서비스 레지스트리, 메시지 버스는 널리 사용되어 서비스 디스covery 및 분리된 통신 패턴을 지원하는 경향이 뚜렷하다.
• 모니터링 시스템은 구성에 자주 포함되어 있어, 프로덕션 수준의 마이크로서비스 배포에서 관찰 가능성(Observability)에 대한 강한 중시가 이루어지고 있음을 시사한다.
• 일부 최적화 원칙은 잘 정착되어 있으나, 진정된 서비스 독립성과 같은 다른 원칙들은 일관되게 적용되지 않아 잠재적인 아키텍처 리스크를 드러낸다.
• 관찰된 패턴을 일반화하고 검증하기 위해 산업계의 비공개 시스템과의 추가 비교 분석이 필요하다는 점을 밝혀냈다.