Abstract

Notre service numérique python de traitement de données temporelles tournait sur un serveur en mêlant multithreading et multiprocessing, il était temps de le conteneuriser. Un coup de Docker et c’est parti… pour une chute de 30% des performances : CPU et RAM qui grimpent, le temps d’exécution aussi et l’ingestion des données prend du retard. Trop.

On s’aperçoit alors que les images Docker Python “officielles” ne sont pas performantes, que l’installation de Python sur un système propose des options de compilation au potentiel intéressant. Un trio se met en place pour élaborer un benchmark pour comparer les performances de différentes façon d’installer Python dans un conteneur Docker : image officielle, Python natif d‘une image Debian, différentes modalités d’installation par pyenv et par uv, l’outil sorti en 2024 qui “dérouille” l’écosystème Python (vous l’avez ?).

Tout benchmark a ses biais, c’est pourquoi nous insisterons sur la démarche élaborée et suivie pour que vous puissiez la reproduire sur vos bases de codes, plutôt que d’insister sur les résultats.

Le trio :

• Gaston Gary : spécialiste du métier du service numérique
• Sébastien Baguet : spécialiste infrastructure et conteneurisation
• Luc Sorel-Giffo : spécialiste Python

Lancer le diaporama

# lancement d'un serveur web permettant de visualiser la présentation dans un navigateur, qui s'auto-rafraichit
docker run --rm --init -v $PWD:/home/marp/app -e LANG=$LANG -p 8080:8080 -p 37717:37717 marpteam/marp-cli -s --html .
# -> aller à http://localhost:8080/slides/slideshow.md

# génération et mise à jour en temps réel du fichier html
docker run --rm -v $PWD/:/home/marp/app/ -e LANG=$LANG -e MARP_USER="$(id -u):$(id -g)" marpteam/marp-cli -w slides/slideshow.md

# génération du fichier slides/slideshow.html
docker run --rm -v $PWD/:/home/marp/app/ -e LANG=$LANG -e MARP_USER="$(id -u):$(id -g)" marpteam/marp-cli slides/slideshow.md

Documentation Marp :

• https://marpit.marp.app/image-syntax
• https://chris-ayers.com/2023/03/31/customizing-marp
• https://connaissances.fournier38.fr/entry/Utiliser%20les%20graphs%20Mermaid%20dans%20le%20Markdown

Avec quelles options un binaire Python a-t-il été compilé ?

Avant que nous découvrions la commande python3 -m sysconfig | grep CONFIG_ARGS, nous avons regardé le code source de différents projets pour déterminer les options de compilation d'un binaire Python :

• image docker python officielle : 3.12.11. Compilée avec --enable-optimizations et potentiellement avec --with-lto (https://github.com/docker-library/python/blob/14b61451ec7c172cf1d43d8e7859335459fcd344/3.12/slim-bookworm/Dockerfile#L72-L78)
• la version python-build-standalone installée avec uv ?
  • --enable-optimizations : https://github.com/astral-sh/python-build-standalone/blob/main/cpython-unix/build-cpython.sh#L472
  • --with-lto : https://github.com/astral-sh/python-build-standalone/blob/main/cpython-unix/build-cpython.sh#L509
  • pas de PYTHON_CFLAGS="-march=native -mtune=native" ?
• debian bookworm : https://github.com/docker-library/python/blob/14b61451ec7c172cf1d43d8e7859335459fcd344/3.11/slim-bookworm/Dockerfile#L72-L95
• documentation sur les options d'installation de python avec pyenv :
  • https://github.com/pyenv/pyenv/blob/master/plugins/python-build/README.md#special-environment-variables : CONFIGURE_OPTS
  • https://github.com/pyenv/pyenv/blob/master/plugins/python-build/README.md#building-for-maximum-performance : --enable-optimizations

Monitoring du benchmark

Temps de création des images Docker applicatives

# construction des images et logging des temps
bash 1_images_build_time.sh
# -> résultats dans le dossier 1_build_times/ (non versionné)

Note : la version de python installée dans les images est 3.12.11, sauf debian bookworm qui embarque la 3.11.2

Performances des images applicatives

# 0. construire les images
docker compose -f docker-compose.yml build

# 1. lancer le benchmark
bash 2_monitor_benchmark.sh &> "2_benchmark_results/$(date '+%Y-%m-%d_%H%M%S')-benchmark_monitoring.txt"

# 2. plus tard, lancer prometheus et grafana pour visualiser les consommations CPU et RAM
docker compose -f docker-compose.monitoring.yml up grafana

# 3. ouvrir les dashboards grafana
http://127.0.0.1:9100/dashboards

# 4. importer le dashboard 193 (https://grafana.com/grafana/dashboards/193-docker-monitoring/) en sélectionnant la source de données Prometheus

# 5. exporter les données CPU et RAM (toutes les séries, sans pré-formatage) en fichier CSV ; les enregistrer dans 2_benchmark_results

# notes :
# - arrête les conteneurs
docker compose -f docker-compose.monitoring.yml stop
# - arrête et supprime les conteneurs
docker compose -f docker-compose.monitoring.yml down

Notebook d'analyse du benchmark

Nous avons utilisé un notebook marimo (une alternative à jupyter afin d'avoir des notebooks reproductibles), avec plotly et polars. Le code du notebook est dans le fichier notebook.py.

Documentation marimo :

• https://docs.marimo.io/guides/deploying/deploying_docker/
• https://docs.marimo.io/cli/#marimo-edit

docker compose -f docker-compose.notebook.yml up

Le notebook lit la variable d'environnement BENCHMARK_SOURCES_CONFIG_FILE indiquant le fichier JSON indiquant les chemins de fichier de résultat utilisés par le notebook. Ce fichier a le format suivant :

{
    "build_results_dir": "1_build_times",
    "build_times": "2025-06-23_232911-build_times.txt",
    "benchmark_results_dir": "2_benchmark_results",
    "cpu_usage": "CPU_Usage-data-as-joinbyfield-2025-06-24 09_26_36.csv",
    "ram_usage": "Memory_Usage-data-as-joinbyfield-2025-06-24 09_27_47.csv",
    "images": {
        "debian": {
          // couleur utilisée pour les graphiques de cette image docker
            "color": "#A80030",
          // début du fichier, sans le nom de l'image ni l'extension ("2025-06-24T00-49-05" pour "2025-06-24T00-49-05_debian.json")
            "results_prefix": "2025-06-24T00-49-05"
        },
        "official": {
            "color": "#FFD43B",
            "results_prefix": "2025-06-24T01-19-38"
        },
        "pyenvbasic": {
            "color": "#07B08C",
            "results_prefix": "2025-06-24T01-50-11"
        },
        "pyenvopt": {
            "color": "#068F71",
            "results_prefix": "2025-06-24T02-20-44"
        },
        "pyenvoptmarch": {
            "color": "#046D57",
            "results_prefix": "2025-06-24T02-51-18"
        },
        "pyenvoptmarchbolt": {
            "color": "#034C3C",
            "results_prefix": "2025-06-24T03-21-51"
        },
        "uv": {
            "color": "#AB47BC",
            "results_prefix": "2025-06-24T03-52-24"
        }
    }
}