Rust로 작성된 PyO3를 활용한 파이썬 고성능 모듈 개발

10 Nov 2023

pyo3

파이썬은 그 유연성과 쉬운 문법으로 인해 많은 개발자들에게 사랑받는 프로그래밍 언어입니다. 하지만 파이썬은 인터프리터 언어로써 실행 속도가 상대적으로 느린 편입니다. 특히, 대용량 데이터 처리나 복잡한 알고리즘을 다루는 경우에는 성능 이슈가 발생할 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Rust라는 시스템 프로그래밍 언어를 활용하여 파이썬의 성능을 향상시킬 수 있습니다. Rust는 안전하면서도 고성능이라는 특징을 가지고 있기 때문에, Rust로 개발된 모듈을 파이썬에서 사용함으로써 최적화된 솔루션을 얻을 수 있습니다.

이번에는 Rust로 작성된 PyO3라는 라이브러리를 활용하여 파이썬 고성능 모듈을 개발하는 방법을 알아보겠습니다.

PyO3란?

PyO3는 Rust로 작성된 파이썬 확장 모듈 개발을 위한 라이브러리입니다. 이를 통해 Rust와 파이썬을 함께 사용하여 고성능이 요구되는 작업을 효과적으로 처리할 수 있습니다. PyO3는 CPython에서 제공하는 C API를 직접 사용하는 것보다 안전하고 편리한 인터페이스를 제공합니다.

PyO3를 사용한 모듈 개발 방법

Rust 환경 설정: Rust 환경을 설정하기 위해 Rust 설치 가이드를 따라 설치합니다.
PyO3 설치: 터미널에서 다음 명령어를 실행하여 PyO3를 설치합니다.

$ pip install pyo3

Rust로 모듈 개발: 먼저, Rust로 원하는 기능을 구현한 모듈을 개발합니다. PyO3의 기본 템플릿을 사용하면 편리하게 시작할 수 있습니다.

$ cargo generate --git https://github.com/PyO3/pyo3.git --name my_module
$ cd my_module

Cargo.toml 파일 설정: Cargo.toml 파일을 열어 [lib] 섹션에 다음과 같은 설정을 추가합니다.

[lib]
crate-type = ["cdylib"]

[dependencies.pyo3]
version = "0.15.2"
features = ["extension-module"]

Rust 코드 작성: src/lib.rs 파일을 열어 Rust 코드를 작성합니다. PyO3의 기능을 사용하기 위해 필요한 모듈을 import하고, Rust 함수를 정의하는 등의 작업을 수행합니다.

use pyo3::prelude::*;
use pyo3::types::IntoPyDict;

#[pymodule]
fn my_module(py: Python, m: &PyModule) -> PyResult<()> {
    // 모듈 초기화 작업
    m.add_function(wrap_pyfunction!(my_function, m)?)?;
    
    Ok(())
}

#[pyfunction]
fn my_function() -> PyResult<String> {
    Ok(String::from("Hello from Rust!"))
}

#[pymodule]
fn my_module(py: Python, m: &PyModule) -> PyResult<()> {
    m.add_function(wrap_pyfunction!(my_function, m)?)?;
    
    Ok(())
}

#[pymodule]
fn my_module(py: Python, m: &PyModule) -> PyResult<()> {
    m.add_function(wrap_pyfunction!(my_function, m)?)?;
    
    Ok(())
}

빌드 및 테스트: 터미널에서 다음 명령어를 실행하여 Rust 코드를 빌드하고 테스트합니다.

$ cargo build --release
$ cargo test

Python에서 사용하기: 빌드가 완료된 후, 생성된 .so 파일을 Python에서 import하여 사용할 수 있습니다.

import my_module

result = my_module.my_function()
print(result)

Rust로 작성된 PyO3를 활용하면 파이썬과 Rust의 강점을 접목시켜 고성능 모듈을 개발할 수 있습니다. Rust의 안전한 추상화와 성능 최적화 여기서 높은 수준의 컨트롤을 제공하기 때문에, 대용량 데이터 처리나 복잡한 알고리즘을 다루는 경우에 특히 유용합니다.

자세한 내용은 PyO3 공식 문서를 참고하시기 바랍니다.

#rust #pyo3