io_uring_benchmark

TRANSPORT 환경변수로 io_uring 또는 epoll 모드를 선택해서 같은 HTTP/file 작업을 비교하는 Rust 서버입니다.

GET /work 또는 POST /work 요청 하나마다:

1. data/source.txt에서 최대 4 KiB를 읽습니다.
2. 읽은 내용 뒤에 현재 UTC 시간을 추가합니다.
3. data/output/<UUID>.txt에 씁니다.
4. 본문 없는 204 No Content를 반환합니다.

모드별 차이:

• TRANSPORT=io_uring: tokio-uring으로 TCP accept/read/write와 파일 read/write를 처리합니다.
• TRANSPORT=epoll: Tokio 런타임으로 TCP 요청을 처리합니다. Linux에서는 네트워크 reactor가 epoll 기반입니다. 일반 파일은 epoll 대상이 아니므로 파일 read/write는 tokio::fs 경로를 사용합니다.

요구 사항

• Linux ARM64/aarch64 또는 x86_64
• Linux kernel 5.10+
• Rust stable

macOS에서는 io_uring가 없으므로 io_uring 모드는 실행할 수 없습니다.

실행

uname -m
uname -r

cargo build --release

# tokio-uring + io_uring, 기본값
TRANSPORT=io_uring ./target/release/io_uring_benchmark

# Tokio + epoll 네트워크
TRANSPORT=epoll cargo run --release

기본 주소는 0.0.0.0:8080입니다.

curl -i http://127.0.0.1:8080/work
ls -lh data/output | tail

주소 변경:

BIND_ADDRESS=0.0.0.0:9000 ./target/release/io_uring_benchmark

헬스체크:

curl -i http://127.0.0.1:8080/health

write 완료와 실제 디스크 반영

기본값은 write 완료 후 응답하며 fsync는 하지 않습니다.

실제 저장장치까지 동기화한 뒤 응답하도록 비교하려면:

SYNC_WRITES=1 ./target/release/io_uring_benchmark

이 옵션은 지연시간과 처리량을 크게 바꿀 수 있습니다.

컨테이너 이미지

서버 이미지와 k6 이미지 두 개를 빌드합니다.

docker build -t io_uring_benchmark-server:0.1.0 -f Dockerfile .
docker build -t io_uring_benchmark-k6:0.1.0 -f Dockerfile.k6 .

원격 Kubernetes 클러스터에서 실행한다면 사용할 레지스트리 이름으로 태그를 바꾸고 push 한 뒤, k8s/*.yaml의 image 값을 같은 이름으로 맞추세요.

docker tag io_uring_benchmark-server:0.1.0 REGISTRY/io_uring_benchmark-server:0.1.0
docker tag io_uring_benchmark-k6:0.1.0 REGISTRY/io_uring_benchmark-k6:0.1.0
docker push REGISTRY/io_uring_benchmark-server:0.1.0
docker push REGISTRY/io_uring_benchmark-k6:0.1.0

Kubernetes

서버는 Deployment + Service, k6는 한 번 실행하고 종료되는 Job 매니페스트를 제공합니다.

kubectl apply -f k8s/namespace.yaml
kubectl apply -f k8s/server.yaml
kubectl apply -f k8s/k6.yaml

서버 Service:

kubectl get svc -n io-uring-benchmark io-uring-benchmark-server

k6는 Kubernetes 내부 DNS의 FQDN을 사용해 서버를 호출합니다.

http://io-uring-benchmark-server.io-uring-benchmark.svc.cluster.local:8080

서버 모드 변경:

kubectl set env -n io-uring-benchmark deployment/io-uring-benchmark-server TRANSPORT=epoll
kubectl set env -n io-uring-benchmark deployment/io-uring-benchmark-server TRANSPORT=io_uring

k6는 Job으로 실행됩니다. k6 run /scripts/load.js를 한 번 실행하고 테스트가 끝나면 종료되며, 종료 시 handleSummary()가 summary 파일을 생성합니다.

k6 부하 패턴은 환경변수로 조절합니다. 현재 기본값은 동작 확인용으로 30s @ 10 RPS 워밍업 뒤 1s @ 1 RPS만 실행합니다. 실제 부하는 k8s/k6.yaml의 env 값을 수정한 뒤 Job을 다시 생성해서 실행합니다.

kubectl delete job -n io-uring-benchmark io-uring-benchmark-k6 --ignore-not-found

# k8s/k6.yaml의 env 값을 수정한 뒤 다시 실행
kubectl apply -f k8s/k6.yaml

k6 결과 요약은 Pod 안의 /tmp/summary/<timestamp>.html, /tmp/summary/<timestamp>.txt에 저장됩니다. 이 경로는 master0 node의 /home/ubuntu/summary에 hostPath로 마운트됩니다.

kubectl logs -n io-uring-benchmark -f job/io-uring-benchmark-k6
ls -lh /home/ubuntu/summary

K6_POD=$(kubectl get pod -n io-uring-benchmark -l job-name=io-uring-benchmark-k6 -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}')
kubectl cp "io-uring-benchmark/${K6_POD}:/tmp/summary" ./summary

k6 summary 스크립트는 https://raw.githubusercontent.com/benc-uk/k6-reporter/...와 https://jslib.k6.io/...를 import합니다. 클러스터에서 Pod outbound 인터넷이 막혀 있다면 해당 모듈을 이미지에 vendoring 하거나 k6 archive로 묶어서 실행해야 합니다.

일부 Kubernetes seccomp 설정은 io_uring syscall을 막을 수 있어 k8s/server.yaml에 seccompProfile: Unconfined를 지정했습니다. 클러스터 정책에서 허용해야 합니다.

서버의 입력/출력 파일은 master0 node의 hostPath에 저장됩니다.

• 입력 4 KiB 파일: node /home/ubuntu/source-data/source.txt → container /app/data/source.txt
• 생성 결과 디렉터리: node /home/ubuntu/output → container /app/data/output

source.txt가 없으면 서버 시작 시 기본 4 KiB 파일을 생성합니다. 직접 만들려면 worker node에서 아래처럼 실행하면 됩니다.

mkdir -p /home/ubuntu/source-data /home/ubuntu/output /home/ubuntu/summary
head -c 4096 /dev/zero | tr '\0' 'A' > /home/ubuntu/source-data/source.txt
wc -c /home/ubuntu/source-data/source.txt

k6 부하 테스트

서버와 다른 머신에서 실행하는 것이 좋습니다.

k6 run -e BASE_URL=http://SERVER_IP:8080 scripts/load.js

기본 시나리오는 동작 확인용 30s @ 10 RPS → 1s @ 1 RPS입니다. 실제 테스트에서는 STEADY_DURATION, STEADY_RPS, PRE_ALLOCATED_VUS, MAX_VUS를 원하는 값으로 설정하세요.

주의

• 요청마다 새 파일이 생기므로 디스크 용량과 inode를 확인하세요.
• 같은 4 KiB 원본 파일은 거의 항상 page cache에 남습니다.
• 진짜 저장장치 읽기 성능을 측정하려면 원본 파일 집합을 크게 만들거나 direct I/O 실험을 별도로 해야 합니다.
• 현재 서버는 벤치마크를 단순화하기 위해 요청 하나 처리 후 연결을 닫습니다.