쿠버네티스 소개

 

쿠버네티스란?

여러 서버로 구성된 클러스터 환경에서 컨테이너화된 프로세스를 관리하기 위한 컨테이너 오케스트레이션(Orchestration) 플랫폼

• 호스트 운영체제를 공유
• 가상 머신에 비해 훨씬 더 가볍습니다.
• 가상 머신과 마찬가지로 실행 환경을 독립적으로 가져갈 수 있습니다.
• 컨테이너를 쉽게 복제하거나 배포할 수 있습니다.
• 컨테이너의 배포, 확장, 스케줄링을 자동화할 수 있습니다.
• CNCF(Cloud Native Computing Foundation, Cloud Native 오픈소스를 관리하는 재단)의 첫 번째 프로젝트

 

컨테이너 오케스트레이션이란?

다수의 서버 위에서 컨테이너의 전반적인 라이프사이클을 관리해주는 플랫폼

 

쿠버네티스는 컨테이너의,

• 실행 및 배포를 책임집니다.
• 이중화와 가용성을 보장합니다.
• 수평확장 및 축소를 관리합니다.
• 스케줄링을 담당합니다.
• 네트워크 설정을 관리합니다.
• health 상태를 모니터링 합니다.
• 설정값을 관리합니다.

 

데이터 센터 운영체제

데이터 센터(또는 클러스터) : 여러 서버를 연결하여 하나의 시스템처럼 동작하게 하는 컴퓨터의 집합

 

쿠버네티스를 데이터 센터 운영체제 또는 클러스터 운영체제라고 소개합니다.

이유는 쿠버네티스가 여러 컴퓨터의 집합으로 이루어진 하나의 거대한 시스템을 추상적으로 제어할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공하고 프로그램(컨테이너)이 정상적으로 실행될 수 있게 여러 가지 기능을 제공하는 플랫폼이기 때문입니다.

 

 

 

쿠버네티스의 기본 개념

• 하드웨어 추상화 기능 제공
• 컨테이너의 스케줄링, 자원할당 관리 등의 기능 제공
• kubectl이라는 유저 인터페이스를 이용하여 쿠버네티스를 제어

 

쿠버네티스가 서버를 바라보는 관점

1. 서버마다 특정 역할이 정해져 있지 않습니다.
2. 1~2개의 서버가 망가져도 문제없습니다.
   • 마스터 / 워커
   • 마스터에서는 쿠버네티스를 운용하기 위한 필수적인 핵심 컴포넌트가 존재
   • 워커 노드들은 단순히 컨테이너를 실행하는 환경으로 사용

 

바라는 상태 (Desired State)

사용자가 생각하는 최종 애플리케이션 배포 상태

 

쿠버네티스가 자동으로 현재 상태를 바라는 상태로 변경합니다.

https://www.leverege.com/iot-ebook/kubernetes-object-management-model

 

Controller

현재 상태를 바라는 상태로 변경하는 주체

 

컨트롤러는 control-loop라는 루프를 돌면서 특정 리소스를 지속적으로 모니터링하다가 정의된 작업을 수행합니다.

 

쿠버네티스 Resource

가장 기본적인 리소스 : Pod

Pod : 하나 이상의 컨테이너를 가지는 쿠버네티스의 최소 실행 단위

 

Declarative Command (선언형 커맨드)

사용자가 직접 시스템의 상태를 바꾸지 않고 사용자가 바라는 상태를 선언적으로 기술하여 명령을 내리는 방법

 

명령형 커맨드 예: SQL 쿼리

선언형 커맨드 예: HTML 문서 (무엇을 해야 하는지 선언되어 있음)

 

쿠버네티스에서는 YAML 형식을 이용하여 선언형 명령을 내립니다.

 

Namespace

클러스터를 논리적으로 분리

 

쿠버네티스의 모든 리소스를 크게 두 가지로 분리하자면 Namespace 레벨 리소스와 Cluster 레벨 리소스로 구분이 됩니다.

https://yuminlee2.medium.com/kubernetes-namespaces-d9e80e27a2ac

 

Label & Selector

특정 리소스에 명령을 전달하거나 정보를 확인하고 싶을 때 라벨링 시스템을 이용합니다.

 

Service Discovery (서비스 탐색)

쿠버네티스 클러스터내에서 통신하기 위해 노드 위치와는 상관없이 어디서는 접근할 수 있는 서비스 끝점(Service Endpoint)이 필요합니다. Service Endpoint를 통해 다른 컨테이너 (Pod)와 통신할 수 있습니다. 이를 위해 Enpoint의 접속 정보(예: IP)를 알아야 합니다. 이를 서비스 탐색이라고 합니다.

 

쿠버네티스는 서비스 탐색을 지원하기 때문에 도메인 주소를 기반으로 서비스에 접근할 수 있습니다.

쿠버네티스에서는 서비스 탐색 기능을 Service라는 리소스를 이용하여 제공합니다.

 

설정 관리

설정값 및 민감 정보(credentials)를 플랫폼 레벨에서 관리할 수 있게 메커니즘을 제공합니다. ConfigMap 또는 Secret이라는 리소스를 이용하여 컨테이너의 설정들을 관리합니다.

 

 

아키텍처 - 마스터 / 워커 노드

https://kubernetes.io/docs/concepts/architecture/

 

Master

쿠버네티스 클러스터를 구성하는 핵심 컴포넌트

1. kube-apiserver (API 서버) : REST API 서버
   
   • 모든 요청의 진입점
   • 직접 다른 컴포넌트에게 요청을 보내는 역할도 수행
2. etcd (저장소) : 모든 메타 정보를 저장하는 저장소
   • DB 역할을 수행
   • 분산형 key-value 저장소
3. kube-scheduler (컨테이너 스케줄러) : 적절하게 컨테이너를 워커 노드에 배치하는 스케줄러
   • 지속적으로 아직 실행되지 못한 컨테이너가 없는지 확인
   • 적절한 서버를 선택하여 컨테이너를 배치
4. kube-controller-manager (컨트롤러 집합) : 바라는 상태를 지속적으로 확인하며 특정 동작을 수행하는 컨트롤러
   • control loops를 돌며 현재 상태(current state)와 바라는 상태(desired state)를 비교
   • desired state가 되도록 클러스터의 상태를 바꾸는 역할
   • 전반적인 리소스의 라이프사이클 관리
5. cloud-controller-manager (클라우드 컨트롤러) : 클라우드(AWS, GCP, Azure 등)에 특화된 리소스를 제어하는 클라우드 컨트롤러
   • 클라우드 플랫폼의 로드밸런스를 연결하거나 스토리지를 추가

 

단일한 서버로 구성할 수 있으며, 여러 서버를 묶어 클러스터 마스터로도 구축할 수 있습니다.

 

Node

워커 노드에는 마스터로부터 명령을 전달 받아 컨테이너를 실행시키는 노드 관리자와 컨테이너가 정상적으로 실행될 수 있도록 도와주는 네트워크 프록시와 실행 환경이 있습니다.

1. kubelet (노드 관리자)
   • 각 노드에서 실행되는 메인 컴포넌트
   • 상세 명세(spec)를 받아 실행시키고, 해당 컨테이너가 정상 동작하는지 지속적으로 모니터링
   • 주기적으로 API 서버와 통신하여 마스터-노드 간에 필요한 정보를 서로 주고 받습니다.
2. kube-proxy (네트워크 프록시)
   • 각 노드에 위치
   • 쿠버네티스 서비스 네트워킹을 담당
   • 서비스마다 개별 IP를 가질 수 있게 만들어주고 패킷을 라우팅합니다.
3. container runtime (컨테이너 실행 환경)
   • 실제 컨테이너를 실행시키는 역할을 담당
   • 예: Docker

 

 

쿠버네티스 장점

1. 실행 환경 고립화
   • 실행 환경 자체가 가상 환경으로 감싸져 있어서, 프로세스를 어디서나 실행시킬 수 있습니다.
2. 리소스 관리
   • 클러스터 시스템의 전반적인 리소스를 관리할 수 있습니다.
3. 스케줄링
   • 쿠버네티스 내장 스케줄러가 최적의 노드를 찾아 컨테이너를 배치해줍니다.
   • 필요에 따라서는 사용자가 원하는 노드로 컨테이너가 할당될 수 있게 상세 스케줄링 정책을 설정할 수 있는 메커니즘도 제공합니다.
4. 프로세스 관리
   • 클러스터 내에서 실행되고 있는 모든 컨테이너를 명령 하나로 확인할 수 있습니다.
     kubectl get pods
5. 통합 설정 관리
   • 특정 서버와의 종속성 없이 중앙에서 통합하여 설정값들을 관리할 수 있습니다.
6. 손쉬운 장애 대응
   • 프로세스마다 리소스 사용량을 제한시킬 수 있어서, 문제가 되는 프로세스에만 장애가 발생하고 나머지는 영향을 받지 않게 설정할 수 있습니다.
   • 모든 실행 정보는 마스터에서 관리되고 각 노드들은 특별한 역할을 가지지 않으므로, 새로운 노드로 이주하는 작업은 매우 간단합니다.
7. 자동 확장
   • 평소에는 최소한의 자원만 준비하고, 필요 시 자동으로 리소스를 추가하는 자동 확장 기능을 활용할 수 있습니다.
8. 하이브리드 클라우드 운영
   • 클라우드 플랫폼 뿐만 아니라 온프레미스 환경에서도 구축할 수 있습니다.
9. 자가 치유
   • 내부적으로 바라는 상태와 현재 상태를 저장해서, 현재 상태와 바라는 상태가 달라지면 컨테이너를 다시 실행합니다.
10. 데이터 스토리지 관리
    • 로컬 스토리지가 될 수 있으며, 네트워크 스토리지(클라우드 플랫폼에서 제공하는 저장소 또는 NFS)를 손쉽게 연결하고 해제할 수 있는 기능을 내장하고 있습니다.
11. 배포 자동화
    • 바라는 상태를 지정하면 자동으로 적절한 노드를 선택하여 컨테이너를 배치합니다.
    • 새로운 버전의 애플리케이션을 배포하거나 이전 버전으로 롤백할 때 쿠버네티스가 자동으로 대신 수행해줍니다.