Software Engineer

김상훈

Sanghun Kim

데이터 정합성과 시스템 신뢰성을 최우선으로 설계하는 금융 도메인 소프트웨어 엔지니어입니다.

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대한민국 서울특별시 성동구

Kubernetes

June 23, 2024

쿠버네티스 (k8s, kubernetes)

컨테이너 기반의 애플리케이션을 개발하고 배포할 수 있도록 설계된 오픈 소스 플랫폼컨테이너 오케스트레이션 도구의 사실상 표준

쿠버네티스가 제공하는 것

| 쿠버네티스가 하는 것 | 사용자가 하는 / 설정하는 것 | | --- | --- | | 오브젝트(e.g., Pods)의 생성과 관리 | 클러스터와 노드 생성 | | Pods를 모니터링하고 재생성, 스케일링 등 | 노드에 API 서버, kubelet, 그 외 다른 쿠버네티스 서비스와 소프트웨어 설치 | | 쿠버네티스에 제공된 리소스를 설정에 맞게 활용 | 노드에 필요한 추가 리소스(로드 밸런서, 파일 시스템 등)을 생성 |

  • 서비스 디스커버리와 로드 밸런싱
    • 쿠버네티스는 DNS 이름을 사용하거나 자체 IP 주소를 사용하여 컨테이너를 노출할 수 있음
    • 컨테이너에 대한 트래픽이 많으면, 쿠버네티스는 네트워크 트래픽을 로드밸런싱하고 배포하여 배포가 안정적으로 이루어질 수 있음
  • 스토리지 오케스트레이션
    • 쿠버네티스를 사용하면 로컬 저장소, 공용 클라우드 공급자 등과 같이 원하는 저장소 시스템을 자동으로 탑재할 수 있음
  • 자동화된 롤아웃과 롤백
    • 쿠버네티스를 사용하여 배포된 컨테이너의 원하는 상태를 서술할 수 있으며 현재 상태를 원하는 상태로 설정한 속도에 따라 변경할 수 있음
    • 예를 들어 쿠버네티스를 자동화해서 배포용 새 컨테이너를 만들고, 기존 컨테이너를 제거하고, 모든 리소스를 새 컨테이너에 적용할 수 있음
  • 자동화된 빈 패킹 (Bin packing)
    • 컨테이너화된 작업을 실행하는데 사용할 수 있는 쿠버네티스 클러스터 노드를 제공
    • 각 컨테이너가 필요로 하는 CPU와 메모리(RAM)를 쿠버네티스에게 지시
    • 쿠버네티스는 컨테이너를 노드에 맞추어서 리소스를 가장 잘 사용할 수 있도록 해줌
  • 자동화된 복구 (Self-healing)
    • 쿠버네티스는 실패한 컨테이너를 다시 시작하고, 컨테이너를 교체하며, '사용자 정의 상태 검사'에 응답하지 않는 컨테이너를 죽이고, 서비스 준비가 끝날 때까지 그러한 과정을 클라이언트에 보여주지 않음
  • 시크릿과 구성 관리
    • 쿠버네티스를 사용하면 암호, OAuth 토큰 및 SSH 키와 같은 중요한 정보를 저장하고 관리할 수 있음
    • 컨테이너 이미지를 재구성하지 않고 스택 구성에 시크릿을 노출하지 않고도 시크릿 및 애플리케이션 구성을 배포 및 업데이트할 수 있음

쿠버네티스 컴포넌트

  • 쿠버네티스를 배포하면 클러스터를 얻음
  • 쿠버네티스 클러스터는 컨테이너화된 애플리케이션을 실행하는 노드라고 하는 워커 머신의 집합
  • 모든 클러스터는 최소 한 개의 워커 노드를 가짐
  • 워커 노드는 애플리케이션의 구성요소인 파드를 호스트
  • 컨트롤 플레인은 워커 노드와 클러스터 내의 파드를 관리
  • 프로덕션 환경에서는 일반적으로 컨트롤 플레인이 여러 컴퓨터에 걸쳐 실행되고, 클러스터는 일반적으로 여러 노드를 실행하므로 내결함성과 고가용성이 제공됨

컨트롤 플레인 컴포넌트 - 마스터 노드에 속함

  • 컨트롤 플레인 컴포넌트는 클러스터에 관한 전반적인 결정(예를 들어, 스케줄링)을 수행
  • 클러스터 이벤트(예를 들어, 디플로이먼트의 
    javascript
    replicas
     필드에 대한 요구 조건이 충족되지 않을 경우 새로운 파드를 구동시키는 것)를 감지하고 반응
  • 컨트롤 플레인 컴포넌트는 클러스터 내 어떠한 머신에서든지 동작할 수 있음
    • 그러나 간결성을 위하여, 구성 스크립트는 보통 동일 머신 상에 모든 컨트롤 플레인 컴포넌트를 구동시키고, 사용자 컨테이너는 해당 머신 상에 동작시키지 않음

kube-apiserver

  • API 서버는 쿠버네티스 API를 노출하는 쿠버네티스 컨트롤 플레인 컴포넌트
  • API 서버는 쿠버네티스 컨트롤 플레인의 프론트 엔드
  • 쿠버네티스 API 서버의 주요 구현은 kube-apiserver
  • kube-apiserver는 수평으로 확장되도록 디자인됨
    • 즉, 더 많은 인스턴스를 배포해서 확장할 수 있음
    • 여러 kube-apiserver 인스턴스를 실행하고, 인스턴스간의 트래픽을 균형있게 조절할 수 있음

etcd

  • 모든 클러스터 데이터를 담는 쿠버네티스 뒷단의 저장소로 사용되는 일관성·고가용성 키-값 저장소
  • 쿠버네티스 클러스터에서 etcd를 뒷단의 저장소로 사용한다면, 이 데이터를 백업하는 것은 필수임

kube-scheduler

  • 노드가 배정되지 않은 새로 생성된 파드 를 감지하고, 실행할 노드를 선택하는 컨트롤 플레인 컴포넌트
  • 스케줄링 결정을 위해서 고려되는 요소
    • 리소스에 대한 개별 및 총체적 요구 사항
    • 하드웨어 / 소프트웨어 / 정책적 제약
    • 어피니티(affinity) 및 안티-어피니티(anti-affinity) 명세
    • 데이터 지역성
    • 워크로드-간 간섭
    • 데드라인

kube-controller-manager

  • 컨트롤러 프로세스를 실행하는 컨트롤 플레인 컴포넌트
  • 논리적으로 각 컨트롤러는 분리된 프로세스이지만, 복잡성을 낮추기 위해 모두 단일 바이너리로 컴파일되고 단일 프로세스 내에서 실행됨
  • 컨트롤러는 다음을 포함
    • 노드 컨트롤러: 노드가 다운되었을 때 통지와 대응에 관한 책임을 가짐
    • 잡 컨트롤러: 일회성 작업을 나타내는 잡 오브젝트를 감시한 다음, 해당 작업을 완료할 때까지 동작하는 파드를 생성
    • 엔드포인트 슬라이스 컨트롤러: (서비스와 파드 사이의 연결고리를 제공하기 위해) 엔드포인트 슬라이스(EndpointSlice) 오브젝트를 채움
    • 서비스 어카운트 컨트롤러: 새로운 네임스페이스에 대한 기본 서비스 어카운트(ServiceAccount)를 생성

cloud-controller-manager

  • 클라우드별 컨트롤 로직을 포함하는 쿠버네티스 컨트롤 플레인 컴포넌트
  • 클라우드 컨트롤러 매니저를 통해 클러스터를 클라우드 공급자의 API에 연결하고, 해당 클라우드 플랫폼과 상호 작용하는 컴포넌트와 클러스터와만 상호 작용하는 컴포넌트를 구분할 수 있게 해 줌
  • cloud-controller-manager는 클라우드 제공자 전용 컨트롤러만 실행
    • 자신의 사내 또는 PC 내부의 학습 환경에서 쿠버네티스를 실행 중인 경우 클러스터에는 클라우드 컨트롤러 매니저가 없음
  • kube-controller-manager와 마찬가지로 cloud-controller-manager는 논리적으로 독립적인 여러 컨트롤 루프를 단일 프로세스로 실행하는 단일 바이너리로 결합
  • 수평으로 확장(두 개 이상의 복제 실행)해서 성능을 향상시키거나 장애를 견딜 수 있음
  • 다음 컨트롤러들은 클라우드 제공 사업자의 의존성을 가질 수 있음
    • 노드 컨트롤러: 노드가 응답을 멈춘 후 클라우드 상에서 삭제되었는지 판별하기 위해 클라우드 제공 사업자에게 확인하는 것
    • 라우트 컨트롤러: 기본 클라우드 인프라에 경로를 구성하는 것
    • 서비스 컨트롤러: 클라우드 제공 사업자 로드밸런서를 생성, 업데이트 그리고 삭제하는 것

노드 컴포넌트

  • 노드 컴포넌트는 동작 중인 파드를 유지시키고 쿠버네티스 런타임 환경을 제공하며, 모든 노드 상에서 동작

kubelet

  • 클러스터의 각 노드에서 실행되는 에이전트
  • Kubelet은 파드에서 컨테이너가 확실하게 동작하도록 관리
  • Kubelet은 다양한 메커니즘을 통해 제공된 파드 스펙(PodSpec)의 집합을 받아서 컨테이너가 해당 파드 스펙에 따라 건강하게 동작하는 것을 확실히 함
  • Kubelet은 쿠버네티스를 통해 생성되지 않는 컨테이너는 관리하지 않음

kube-proxy

  • kube-proxy는 클러스터의 각 노드에서 실행되는 네트워크 프록시로, 쿠버네티스의 서비스 개념의 구현부
  • kube-proxy는 노드의 네트워크 규칙을 유지 관리
  • 이 네트워크 규칙이 내부 네트워크 세션이나 클러스터 바깥에서 파드로 네트워크 통신을 할 수 있도록 해줌
  • kube-proxy는 운영 체제에 가용한 패킷 필터링 계층이 있는 경우, 이를 사용
    • 그렇지 않으면, kube-proxy는 트래픽 자체를 포워드

컨테이너 런타임

애드온

  • 애드온은 쿠버네티스 리소스(데몬셋, 디플로이먼트 등)를 이용하여 클러스터 기능을 구현
  • 이들은 클러스터 단위의 기능을 제공하기 때문에 애드온에 대한 네임스페이스 리소스는 
    javascript
    kube-system
     네임스페이스에 속함

DNS

  • 여타 애드온들이 절대적으로 요구되지 않지만, 많은 예시에서 필요로 하기 때문에 모든 쿠버네티스 클러스터는 클러스터 DNS를 갖추어야만 함
  • 클러스터 DNS는 구성환경 내 다른 DNS 서버와 더불어, 쿠버네티스 서비스를 위해 DNS 레코드를 제공해주는 DNS 서버
  • 쿠버네티스에 의해 구동되는 컨테이너는 DNS 검색에서 이 DNS 서버를 자동으로 포함

웹 UI (대시보드)

  • 대시보드는 쿠버네티스 클러스터를 위한 범용의 웹 기반 UI
  • 사용자가 클러스터 자체뿐만 아니라, 클러스터에서 동작하는 애플리케이션에 대한 관리와 문제 해결을 할 수 있도록 해줌

컨테이너 리소스 모니터링

  • 컨테이너 리소스 모니터링은 중앙 데이터베이스 내의 컨테이너들에 대한 포괄적인 시계열 매트릭스를 기록하고 그 데이터를 열람하기 위한 UI를 제공해줌

클러스터-레벨 로깅

  • 클러스터-레벨 로깅 메커니즘은 검색/열람 인터페이스와 함께 중앙 로그 저장소에 컨테이너 로그를 저장하는 책임을 짐

Cluster

  • 쿠버네티스 내 가장 큰 단위로, 가상 서버들이 속한 클라우드를 의미
  • 쿠버네티스에서 서버는 노드라는 단위로 불리므로, 클러스터란 마스터노드와 워커노드를 합친 것이라고 해석할 수도 있음

Nodes

  • 노드 클러스터 내 가상 서버 즉, 컴퓨팅 엔진 단위
  • 클러스터 다음으로 큰 단위이며, 마스터 노드와 워커 노드로 분리되어 있음
  • 마스터 노드
    • 전체 쿠버네티스 시스템을 관리 및 통제하는 쿠버네티스 컨트롤 플레인을 관장
  • 워커 노드
    • 배포하고자 하는 어플리케이션의 실제 실행을 수행
  • 마스터 노드가 죽으면 클러스터를 관리할 노드가 없기에, 일반적으로 3개 정도의 마스터 노드를 띄워 관리하며, 워커 노드도 여러 개 구성할 수 있음

Pods

  • 파드란 쿠버네티스에서 생성하고 관리할 수 있는 배포 가능한 가장 작은 컴퓨팅 단위
  • 그리고 이와 동시에, 하나 이상의 컨테이너 그룹을 뜻함

Pods vs Containers

  • 컨테이너는 애플리케이션을 말함
    • 이는 완전한 어플리케이션의 일부 기능일 수도 있고, 완전한 어플리케이션 그 자체일 수 있음
  • 만약 컨테이너가 완전한 어플리케이션의 일부 기능이라면
    • 여러 개의 컨테이너들이 모여 하나의 완전한 어플리케이션을 구성할 것
    • 이때 여러 개의 컨테이너가 모여 하나의 파드가 됨
      • 그럼 이 파드가 완전한 어플리케이션이 됨
  • 만약 컨테이너 1개가 완전한 어플리케이션 기능을 갖추고 있다면
    • 하나의 컨테이너로도 하나의 파드를 구성할 수 있음
  • 즉, 파드에 정의된 여러 개의 컨테이너는 하나의 완전한 애플리케이션으로서 동작

Services

  • 쿠버네티스 환경에서 서비스(Service)는 파드들을 통해 실행되고 있는 애플리케이션을 네트워크에 노출(expose)시키는 가상의 컴포넌트
  • 쿠버네티스 내부의 다양한 객체들이 애플리케이션과, 그리고 애플리케이션이 다른 외부의 애플리케이션이나 사용자와 연결될 수 있도록 도와주는 역할

kubectl

  • 쿠버네티스 클러스터를 관리하는 명령줄 도구 (CLI)
  • 로컬 환경, 매니지드 환경 모두 사용 가능
  • 쿠버네티스 자원을 생성, 업데이트, 삭제 (create, update, delete)
  • 디버그, 모니터링, 트러블 슈팅 (log, exec, cp, top, attach, ...)
  • 클러스터 관리 (cordon, top, drain, taint, ...)

설치

https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/install-kubectl-windows/

사용법

https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/conventions/

https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/cheatsheet/

bash
kubectl [COMMAND] [TYPE] [NAME] [FLAG]

COMMAND

  • 하나 이상의 리소스를 조작하기 위한 명령어
  • 예: create, get, describe, delete

TYPE

  • 리소스 타입
  • 대소문자를 구분, 단수, 복수, 단축형으로 명시 가능

NAME

  • 리소스 이름
  • 대소문자를 구분
  • kubectl get nodes 와 같이 리소스 이름을 생략하면 모든 리소스 정보를 출력

FLAG

  • 부가적으로 설정하는 옵션

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