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【新規ツール探し】JavaScriptでシンプルに負荷テストができるk6を触った

新規ツール 負荷試験 k6

  • 記事作成日：2022/12/04

情報

名前 URL
Github https://github.com/grafana/k6
公式サイト https://k6.io/
デモサイト
開発母体 Grafana Labs
version 0.41.0
言語 Go
価格 無料
ライセンス AGPL-3.0 license

何ができるもの？

  • JavaScript ES2015/ES6 で負荷試験のシナリオが書ける
  • 負荷試験、ブラウザテスト、カオス・レジリエンステスト、

この辺りを基本方針としているようです。 1. シンプルなテストは、テストをしないよりも良い 1. 負荷テストは目的志向であるべき 1. 開発者による負荷テスト 1. 開発者の経験は非常に重要 1. プレプロダクション環境での負荷テスト

また JS でシナリオをかけますが、実装自体はパフォーマンス向上のため Go で書かれています。

クラウド版もある。 - app.k6.io - Performance testing for developers, like unit-testing, for performance

対応プロトコル

  • HTTP/1.1
  • HTTP/2
  • WebSockets
  • gRPC

Protocols

ブラウザ操作を記録してテストを作成する

Chrome や Firefox の extenstion を入れることでブラウザ操作を記録してテストを作成することができます。

利用シーン

  • 負荷テストをしたい場合(JS でかけるので、敷居は低い)
  • ブラウザテストをしたい場合
  • シングルバイナリ+CLI で手軽に動かせるので CI に組み込みたい場合

登場背景

by DeepL

Grafana k6 はオープンソースの負荷テストツールで、エンジニアリングチームにとってパフォーマンステストを簡単にし、生産性を高めます。

k6を使用すると、システムの信頼性とパフォーマンスをテストし、パフォーマンスの低下や問題を早期に発見できます。k6は、耐障害性とパフォーマンスの高い、拡張性のあるアプリケーションの構築を支援します。

所感

  • シングルバイナリでとても使いやすい
  • JS でかけるのでシンプルにかける
  • JS でかけるが実行環境は Go なのでパフォーマンスが劣化しない
  • レポートについては機能がないので、外部ツールで頑張る必要あり
  • k8s と組み合わせれば分散できるのでパフォーマンスも出る

使い方

今回使ったコード

インストール

Installation

brew install k6

チュートリアル準備

まずは kind で k8s クラスタ準備

kind で構築した Kubernetes クラスタ内の NodePort にローカルから接続する を参考に NodePort で起動する

# k8s クラスタ作成
❯ kind create cluster --name 1 --config <(cat << EOF
kind: Cluster
apiVersion: kind.x-k8s.io/v1alpha4
nodes:
  - role: control-plane
    extraPortMappings:
    - containerPort: 30599
      hostPort: 8000
  - role: worker
EOF
)

Creating cluster "1" ...
 ✓ Ensuring node image (kindest/node:v1.25.3) 🖼 
 ✓ Preparing nodes 📦 📦  
 ✓ Writing configuration 📜 
 ✓ Starting control-plane 🕹️ 
 ✓ Installing CNI 🔌 
 ✓ Installing StorageClass 💾 
 ✓ Joining worker nodes 🚜 
Set kubectl context to "kind-1"
You can now use your cluster with:

kubectl cluster-info --context kind-1

# nginx を起動
❯ kubectl create deployment nginx --image=nginx

❯ cat <<EOF | kubectl apply -f -

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  labels:
    app: nginx
  name: nginx-svc
spec:
  ports:
  - port: 80
    protocol: TCP
    targetPort: 80
    nodePort: 30599
  selector:
    app: nginx
  type: NodePort
EOF

疎通確認

❯ curl localhost:8000

<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
<title>Welcome to nginx!</title>
<style>
html { color-scheme: light dark; }
body { width: 35em; margin: 0 auto;
font-family: Tahoma, Verdana, Arial, sans-serif; }
</style>
</head>
<body>
<h1>Welcome to nginx!</h1>
<p>If you see this page, the nginx web server is successfully installed and
working. Further configuration is required.</p>

<p>For online documentation and support please refer to
<a href="http://nginx.org/">nginx.org</a>.<br/>
Commercial support is available at
<a href="http://nginx.com/">nginx.com</a>.</p>

<p><em>Thank you for using nginx.</em></p>
</body>
</html>

チュートリアル：負荷テスト

import http from 'k6/http';
import { sleep } from 'k6';

export default function () {
  http.get('http://localhost:8000');
  sleep(1);
}
❯ k6 run script.js


          /\      |‾‾| /‾‾/   /‾‾/   
     /\  /  \     |  |/  /   /  /    
    /  \/    \    |     (   /   ‾‾\  
   /          \   |  |\  \ |  (‾)  | 
  / __________ \  |__| \__\ \_____/ .io

  execution: local
     script: script.js
     output: -

  scenarios: (100.00%) 1 scenario, 1 max VUs, 10m30s max duration (incl. graceful stop):
           * default: 1 iterations for each of 1 VUs (maxDuration: 10m0s, gracefulStop: 30s)


running (00m01.0s), 0/1 VUs, 1 complete and 0 interrupted iterations
default ✓ [======================================] 1 VUs  00m01.0s/10m0s  1/1 iters, 1 per VU

     data_received..................: 853 B 842 B/s
     data_sent......................: 80 B  79 B/s
     http_req_blocked...............: avg=3.46ms min=3.46ms med=3.46ms max=3.46ms p(90)=3.46ms p(95)=3.46ms
     http_req_connecting............: avg=354µs  min=354µs  med=354µs  max=354µs  p(90)=354µs  p(95)=354µs 
     http_req_duration..............: avg=7.37ms min=7.37ms med=7.37ms max=7.37ms p(90)=7.37ms p(95)=7.37ms
       { expected_response:true }...: avg=7.37ms min=7.37ms med=7.37ms max=7.37ms p(90)=7.37ms p(95)=7.37ms
     http_req_failed................: 0.00% ✓ 0        ✗ 1  
     http_req_receiving.............: avg=100µs  min=100µs  med=100µs  max=100µs  p(90)=100µs  p(95)=100µs 
     http_req_sending...............: avg=57µs   min=57µs   med=57µs   max=57µs   p(90)=57µs   p(95)=57µs  
     http_req_tls_handshaking.......: avg=0s     min=0s     med=0s     max=0s     p(90)=0s     p(95)=0s    
     http_req_waiting...............: avg=7.22ms min=7.22ms med=7.22ms max=7.22ms p(90)=7.22ms p(95)=7.22ms
     http_reqs......................: 1     0.986544/s
     iteration_duration.............: avg=1.01s  min=1.01s  med=1.01s  max=1.01s  p(90)=1.01s  p(95)=1.01s 
     iterations.....................: 1     0.986544/s
     vus............................: 1     min=1      max=1
     vus_max........................: 1     min=1      max=1

きちんとログも飛んできていますね。

❯ kubectl logs -f nginx-76d6c9b8c-qmnpf

...
172.21.0.3 - - [04/Dec/2022:01:44:29 +0000] "GET / HTTP/1.1" 200 615 "-" "k6/0.41.0 (https://k6.io/)" "-"

続いて 30秒間 10 VUs(Virtual Users) で負荷をかけてみます。 ※要するに 10rps で 30秒間負荷をかける

❯ k6 run --vus 10 --duration 30s script.js

          /\      |‾‾| /‾‾/   /‾‾/   
     /\  /  \     |  |/  /   /  /    
    /  \/    \    |     (   /   ‾‾\  
   /          \   |  |\  \ |  (‾)  | 
  / __________ \  |__| \__\ \_____/ .io

  execution: local
     script: script.js
     output: -

  scenarios: (100.00%) 1 scenario, 10 max VUs, 1m0s max duration (incl. graceful stop):
           * default: 10 looping VUs for 30s (gracefulStop: 30s)



running (0m30.4s), 00/10 VUs, 300 complete and 0 interrupted iterations
default ✓ [======================================] 10 VUs  30s

     data_received..................: 256 kB 8.4 kB/s
     data_sent......................: 24 kB  790 B/s
     http_req_blocked...............: avg=57.42µs min=0s    med=3µs     max=1.68ms  p(90)=7µs     p(95)=10.04µs 
     http_req_connecting............: avg=18.05µs min=0s    med=0s      max=618µs   p(90)=0s      p(95)=0s      
     http_req_duration..............: avg=11.14ms min=859µs med=11.65ms max=28.71ms p(90)=17.74ms p(95)=23.29ms 
       { expected_response:true }...: avg=11.14ms min=859µs med=11.65ms max=28.71ms p(90)=17.74ms p(95)=23.29ms 
     http_req_failed................: 0.00%  ✓ 0       ✗ 300 
     http_req_receiving.............: avg=85.3µs  min=7µs   med=28µs    max=4.94ms  p(90)=91.2µs  p(95)=200.44µs
     http_req_sending...............: avg=17.42µs min=2µs   med=11µs    max=762µs   p(90)=27µs    p(95)=36.09µs 
     http_req_tls_handshaking.......: avg=0s      min=0s    med=0s      max=0s      p(90)=0s      p(95)=0s      
     http_req_waiting...............: avg=11.04ms min=826µs med=11.49ms max=28.7ms  p(90)=17.67ms p(95)=23.22ms 
     http_reqs......................: 300    9.87962/s
     iteration_duration.............: avg=1.01s   min=1s    med=1.01s   max=1.02s   p(90)=1.01s   p(95)=1.02s   
     iterations.....................: 300    9.87962/s
     vus............................: 10     min=10    max=10
     vus_max........................: 10     min=10    max=10

300 9.87962/s なので概ね 10 rps 出てそうですね。

段階的な負荷をかける

このシナリオでは - 30秒間かけて徐々に 20 VUs にしていく - 1分30秒かけて 10 VUs に減らしていく - 20秒かけて 0 VUs に減らしていく

import http from 'k6/http';
import { check, sleep } from 'k6';

export const options = {
  stages: [
    { duration: '30s', target: 20 },
    { duration: '1m30s', target: 10 },
    { duration: '20s', target: 0 },
  ],
};

export default function () {
  const res = http.get('http://localhost:8000');
  check(res, { 'status was 200': (r) => r.status == 200 });
  sleep(1);
}
❯ k6 run stages.js

          /\      |‾‾| /‾‾/   /‾‾/   
     /\  /  \     |  |/  /   /  /    
    /  \/    \    |     (   /   ‾‾\  
   /          \   |  |\  \ |  (‾)  | 
  / __________ \  |__| \__\ \_____/ .io

  execution: local
     script: stages.js
     output: -

  scenarios: (100.00%) 1 scenario, 20 max VUs, 2m50s max duration (incl. graceful stop):
           * default: Up to 20 looping VUs for 2m20s over 3 stages (gracefulRampDown: 30s, gracefulStop: 30s)


running (2m20.6s), 00/20 VUs, 1523 complete and 0 interrupted iterations
default ✓ [======================================] 00/20 VUs  2m20s

     ✓ status was 200

     checks.........................: 100.00% ✓ 1523      ✗ 0   
     data_received..................: 15 MB   108 kB/s
     data_sent......................: 171 kB  1.2 kB/s
     http_req_blocked...............: avg=6.55ms   min=1µs      med=6µs      max=954.17ms p(90)=18µs     p(95)=21µs    
     http_req_connecting............: avg=3.02ms   min=0s       med=0s       max=192.68ms p(90)=0s       p(95)=0s      
     http_req_duration..............: avg=187.78ms min=167.27ms med=181.81ms max=1.41s    p(90)=190.16ms p(95)=194.86ms
       { expected_response:true }...: avg=187.78ms min=167.27ms med=181.81ms max=1.41s    p(90)=190.16ms p(95)=194.86ms
     http_req_failed................: 0.00%   ✓ 0         ✗ 1523
     http_req_receiving.............: avg=3.35ms   min=15µs     med=90µs     max=535.15ms p(90)=458.2µs  p(95)=2.15ms  
     http_req_sending...............: avg=36.15µs  min=4µs      med=24µs     max=2.58ms   p(90)=73µs     p(95)=82µs    
     http_req_tls_handshaking.......: avg=3.46ms   min=0s       med=0s       max=690.28ms p(90)=0s       p(95)=0s      
     http_req_waiting...............: avg=184.39ms min=166.08ms med=181.48ms max=1.23s    p(90)=188.94ms p(95)=193.91ms
     http_reqs......................: 1523    10.834243/s
     iteration_duration.............: avg=1.19s    min=1.16s    med=1.18s    max=2.41s    p(90)=1.19s    p(95)=1.19s   
     iterations.....................: 1523    10.834243/s
     vus............................: 1       min=1       max=20
     vus_max........................: 20      min=20      max=20

HTML レポートの生成

k6 では用意されていませんが handleSummary 関数を用意すると HTML レポートを生成することができます。

benc-uk/k6-reporter を使ってみます。

import http from 'k6/http';
import { sleep } from 'k6';
import { htmlReport } from "https://raw.githubusercontent.com/benc-uk/k6-reporter/main/dist/bundle.js";

export default function () {
  http.get('http://localhost:8000');
  sleep(1);
}

export function handleSummary(data) {
  return {
    "summary.html": htmlReport(data),
  };
}
❯ k6 run script_with_report.js

          /\      |‾‾| /‾‾/   /‾‾/   
     /\  /  \     |  |/  /   /  /    
    /  \/    \    |     (   /   ‾‾\  
   /          \   |  |\  \ |  (‾)  | 
  / __________ \  |__| \__\ \_____/ .io

  execution: local
     script: script_with_report.js
     output: -

  scenarios: (100.00%) 1 scenario, 1 max VUs, 10m30s max duration (incl. graceful stop):
           * default: 1 iterations for each of 1 VUs (maxDuration: 10m0s, gracefulStop: 30s)


running (00m01.0s), 0/1 VUs, 1 complete and 0 interrupted iterations
default ✓ [=================================] 1 VUs  00m01.0s/10m0s  1/1 iters, 1 per VU
INFO[0001] [k6-reporter v2.3.0] Generating HTML summary report  source=console

❯ ls summary.html
summary.html

リアルタイムの描画については、k6自体では対応していません。 ただしリアルタイムに output する機能だけはあるので外部ツールで取り込み描画すれば良いです。

gRPC でもやってみた

// ./definitions/hello.proto

// based on https://grpc.io/docs/guides/concepts.html

syntax = "proto2";

package hello;

service HelloService {
  rpc SayHello(HelloRequest) returns (HelloResponse);
  rpc LotsOfReplies(HelloRequest) returns (stream HelloResponse);
  rpc LotsOfGreetings(stream HelloRequest) returns (HelloResponse);
  rpc BidiHello(stream HelloRequest) returns (stream HelloResponse);
}

message HelloRequest {
  optional string greeting = 1;
}

message HelloResponse {
  required string reply = 1;
}

import grpc from 'k6/net/grpc';
import { check, sleep } from 'k6';

const client = new grpc.Client();
client.load(['definitions'], 'hello.proto');

export default () => {
  client.connect('grpcbin.test.k6.io:9001', {
    // plaintext: false
  });

  const data = { greeting: 'Bert' };
  const response = client.invoke('hello.HelloService/SayHello', data);

  check(response, {
    'status is OK': (r) => r && r.status === grpc.StatusOK,
  });

  console.log(JSON.stringify(response.message));

  client.close();
  sleep(1);
};

問題なく動いている様子。 proto から js コードの生成は k6 実行時に毎回コンパイルしてくれてるのかな？？

 k6 run grpc.js

          /\      |‾‾| /‾‾/   /‾‾/   
     /\  /  \     |  |/  /   /  /    
    /  \/    \    |     (   /   ‾‾\  
   /          \   |  |\  \ |  (‾)  | 
  / __________ \  |__| \__\ \_____/ .io

  execution: local
     script: grpc.js
     output: -

  scenarios: (100.00%) 1 scenario, 1 max VUs, 10m30s max duration (incl. graceful stop):
           * default: 1 iterations for each of 1 VUs (maxDuration: 10m0s, gracefulStop: 30s)

INFO[0000] {"reply":"hello Bert"}                        source=console

running (00m01.8s), 0/1 VUs, 1 complete and 0 interrupted iterations
default ✓ [=================================] 1 VUs  00m01.8s/10m0s  1/1 iters, 1 per VU

     ✓ status is OK

     checks...............: 100.00% ✓ 1        ✗ 0  
     data_received........: 5.8 kB  3.3 kB/s
     data_sent............: 712 B   403 B/s
     grpc_req_duration....: avg=168.28ms min=168.28ms med=168.28ms max=168.28ms p(90)=168.28ms p(95)=168.28ms
     iteration_duration...: avg=1.76s    min=1.76s    med=1.76s    max=1.76s    p(90)=1.76s    p(95)=1.76s   
     iterations...........: 1       0.565688/s
     vus..................: 1       min=1      max=1
     vus_max..............: 1       min=1      max=1

k6 operator を使ってみる

❯ git clone https://github.com/grafana/k6-operator && cd k6-operator

Cloning into 'k6-operator'...
remote: Enumerating objects: 1171, done.
remote: Counting objects: 100% (610/610), done.
remote: Compressing objects: 100% (316/316), done.
remote: Total 1171 (delta 415), reused 383 (delta 279), pack-reused 561
Receiving objects: 100% (1171/1171), 693.39 KiB | 3.85 MiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (593/593), done.

❯ make deploy

/Users/mypc/go/bin/controller-gen "crd:trivialVersions=true,crdVersions=v1" rbac:roleName=manager-role webhook paths="./..." output:crd:artifacts:config=config/crd/bases
cd config/manager && /Users/mypc/.asdf/shims/kustomize edit set image controller=ghcr.io/grafana/operator:latest
/Users/mypc/.asdf/shims/kustomize build config/default | kubectl apply -f -
namespace/k6-operator-system created
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/k6s.k6.io created
serviceaccount/k6-operator-controller created
role.rbac.authorization.k8s.io/k6-operator-leader-election-role created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/k6-operator-manager-role created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/k6-operator-metrics-reader created
clusterrole.rbac.authorization.k8s.io/k6-operator-proxy-role created
rolebinding.rbac.authorization.k8s.io/k6-operator-leader-election-rolebinding created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/k6-operator-manager-rolebinding created
clusterrolebinding.rbac.authorization.k8s.io/k6-operator-proxy-rolebinding created
service/k6-operator-controller-manager-metrics-service created
deployment.apps/k6-operator-controller-manager created

裏側はこうなってる様子 

❯ cat k8s-test.js

import http from 'k6/http';
import { check } from 'k6';

export const options = {
  stages: [
    { target: 200, duration: '30s' },
    { target: 0, duration: '30s' },
  ],
};

export default function () {
  const result = http.get('https://test-api.k6.io/public/crocodiles/');
  check(result, {
    'http response status code is 200': result.status === 200,
  });
}

❯ kubectl create configmap crocodile-stress-test --from-file k8s-test.js

configmap/crocodile-stress-test created

❯ kubectl apply -f <(cat << EOF
apiVersion: k6.io/v1alpha1
kind: K6
metadata:
  name: k6-sample
spec:
  parallelism: 4
  script:
    configMap:
      name: crocodile-stress-test
      file: test.js
EOF
)

k6.k6.io/k6-sample created

しばらく放置したらテストが終わってました。

❯ kubectl get pod
NAME                          READY   STATUS      RESTARTS   AGE
k6-sample-1-bpnj6             0/1     Completed   0          4m20s
k6-sample-2-l8rfx             0/1     Completed   0          4m19s
k6-sample-3-sn8jn             0/1     Completed   0          4m19s
k6-sample-4-qlnv7             0/1     Completed   0          4m19s
k6-sample-initializer-h4lts   0/1     Completed   0          4m30s
k6-sample-starter-rcd7w       0/1     Completed   0          4m10s
nginx-76d6c9b8c-qmnpf         1/1     Running     0          67m

❯ kubectl logs k6-sample-1-bpnj6

     ✓ http response status code is 200

     checks.........................: 100.00% ✓ 1733      ✗ 0   
     data_received..................: 1.7 MB  29 kB/s
     data_sent......................: 226 kB  3.8 kB/s
     http_req_blocked...............: avg=11.06ms  min=8.79µs   med=33.45µs  max=471.54ms p(90)=62.04µs  p(95)=86.75µs 
     http_req_connecting............: avg=5.32ms   min=0s       med=0s       max=197.37ms p(90)=0s       p(95)=0s      
     http_req_duration..............: avg=888.68ms min=173.88ms med=246.35ms max=3.49s    p(90)=2.47s    p(95)=2.8s    
       { expected_response:true }...: avg=888.68ms min=173.88ms med=246.35ms max=3.49s    p(90)=2.47s    p(95)=2.8s    
     http_req_failed................: 0.00%   ✓ 0         ✗ 1733
     http_req_receiving.............: avg=531.54µs min=113.75µs med=460.62µs max=5.84ms   p(90)=841.12µs p(95)=929.45µs
     http_req_sending...............: avg=144.84µs min=38.95µs  med=131.83µs max=1.93ms   p(90)=212.34µs p(95)=243.32µs
     http_req_tls_handshaking.......: avg=5.67ms   min=0s       med=0s       max=275.94ms p(90)=0s       p(95)=0s      
     http_req_waiting...............: avg=888ms    min=173.27ms med=246.01ms max=3.49s    p(90)=2.47s    p(95)=2.79s   
     http_reqs......................: 1733    28.809799/s
     iteration_duration.............: avg=900.84ms min=174.88ms med=269.72ms max=3.72s    p(90)=2.48s    p(95)=2.8s    
     iterations.....................: 1733    28.809799/s
     vus............................: 1       min=0       max=50
     vus_max........................: 50      min=50      max=50

再度テストを実行する場合は、k6-sampleを削除してから再度作成する必要があります。

おまけ: どうやって Go から JavaScript を実行するのか

dop251/goja という Go で書かれた JavaScript の実行環境があり、k6ではこれを使って JavaScript を実行しています。 そう考えると k6 は結構シンプルな作りになっていそうですね。(output を html にするのも外部ツール任せだし、リアルタイム出力をするわけでもないし)

やってることはテストの実施、結果の管理、シナリオの増減による Go routine の管理などでしょうか。