[Kubernetes] Kubernetes란?

Posted 10. November 2020. 13 min read.

Kubernetes란.

쿠버네티스는 컨테이너화된 워크로드와 서비스를 관리하기 위한 오픈소스 플랫폼이이며 이식성, 확장가능성의 특징을 가집니다. 이 플랫폼은 컨테이너화된 애플리케이션을 배포하고 확장하는데 수동 프로세스가 필요하지 않습니다.

이를 통해서 컨테이너를 실행하는 host 그룹을 함께 클러스팅이 가능하며, 클러스토를 쉽고 효율적으로 관리할 수 있다.

용어에 대한 간단한 정리.

컨테이너 : 호스트 OS상에 논리적인 구획(컨테이너)를 만들고, 어플리케이션을 작동시키기 위해 필요한 라이브러리나 어플리케이션 등을 하나로 모아서 마치 별도의 서버인 것처럼 사용할 수 있게 만든 것.

클러스터 : 여러 대의 컴퓨터를 네트워크를 통해 하나의 단일 컴퓨터처럼 동작하도록 제작한 컴퓨터

나중에 docker에 대해서도 추가적으로 설명하면서 더 자세하게 설명하겠습니다.

쿠버네티스는 클라우드 전체로 호스트를 확장할 수 있고, 이러한 기능이 Apache Kafka 스트리밍과 같이 신속한 확장을 요구하는 클라우드 환경에서 큰 장점을 가집니다.

쿠버네티스의 기본 용어

마스터(Master) : 노드를 제어하고 전체 클러스터를 관리해주는 컨트롤러, 전체적인 제어/관리를 하기 위한 관리 서버
노드(Nod) : 컨테이너가 배포될 물리 서버 또는 가상 머신이며 워커 노드(Worker Node)라고 불린다.
파드(Pod) : 단일 노드에 배포된 하나 이상의 컨테이너 그룹이며, Pod라는 단위로 여러개의 컨테이너를 묶어서 파드 단위로 관리가 가능하다.

쿠버네티스의 특징

1. 여러회사들의 참여로 인한 큰 스케일과 커뮤니티, 생태계

우리가 아는 많은 회사가 보인다.

여러 회사의 노하우와 경험이 녹아있어서 다양한 커뮤니티와 좋은 생태계가 구성되어 있습니다. 대부분의 문제점이나 원하는 서비스를 만들려고 찾아보면 있는 것을 확인할 수 있습니다. CI(Continuous Integration), 컨테이너 서버리스, 머신러닝 등이 쿠버네티스 환경에서 잘 돌아갑니다.

Kubernetes Community : https://kubernetes.io/ko/community/

2. 다양한 배포 방식 지원

쿠버네티스는 다양한 배포 방식을 지원합니다.

다음과 같이 Daemon Set, Deployment, stateful sets, Job등이 있으며, 각기 다른 특징을 가집니다.

Daemont Set : 디플로이먼트와 유사하게 파드를 생성하고 관리합니다. 디플로이먼트는 롤링 업데이트나 배포 일시 중지, 재개 등 배포 작업을 좀 더 세분화하여 조작하였다면, 데몬셋은 특정 노드 또는 모든 노드에 항상 실행되어야 할 특정 파드를 관리합니다.
ReplicaSet : 실행되는 파드 개수에 대한 가용성을 보증 하며 지정한 파드 개수만큼 항상 실행될 수 있도록 관리합니다.
Deployment : 레플리카셋의 상위 개념으로 볼 수도 있습니다. 레플리카셋을 생성하는 디플로이먼트를 정의할 수 있고, 배포 작업을 좀 더 세분화(롤링 업데이트 등) 하여 조작할 수 있는 기능을 제공합니다.
Stateful Set : 디플로이먼트와 유사하며 동일한 컨테이너 스펙을 기반으로 둔 파드들을 관리한다. 다만, 스테이트풀셋은 각 파드의 독자성을 유지하는 지속적인 식별자를 가집니다. (교체 불가)
CronJob : 크론잡은 지정한 일정에 특정 파드를 실행하는 잡을 실행할 수 있습니다.
Job : 잡은 하나 이상의 파드를 지정하고 지정된 수의 파드를 성공적으로 실행하도록 하는 설정, 노드의 H/W 장애나 재부팅 등으로 인해 파드가 정상 실행이 되지 않았을 경우 job은 새로운 파드를 시작하도록 할 수 있습니다.
Replication Controller : 레플리케이션컨트롤러 는 언제든지 지정된 수의 파드 레플리카가 실행 중임을 보장합니다. 즉, 레플리케이션 컨트롤러는 파드 또는 동일 종류의 파드의 셋이 항상 기동되고 사용 가능한지 확인할 수 있습니다.

상세 설명은 해당 여기 에서...

3. Ingress 기능 제공

인그레스는 클러스터 외부에서 클러스터 내부 서비스로 HTTP와 HTTPS 경로를 노출합니다. 트래픽 라우팅은 인그레스 리소스에 정의된 규칙에 의해 컨트롤이 가능합니다.

다음은 인스레스가 모든 트래픽을 하나의 서비스로 보내는 간단한 예시입니다.

인그레스는 외부에서 서비스로 접속이 가능한 URL, 로드 밸런스 트래픽, SSL / TLS 종료 그리고 이름-기반의 가상 호스팅을 제공하도록 구성할 수 있습니다. 인그레스 컨트롤러는 일반적으로 로드 밸런서를 사용해서 인그레스를 수행할 책임이 있으며, 트래픽을 처리하는데 도움이 되도록 에지 라우터 또는 추가 프런트 엔드를 구성할 수도 있습니다.

4. 클라우드 지원 기능

쿠버네티스는 부하에 따라 자동으로 서버를 늘리는 기능인 AutoScaling이 있고, IP를 할당받아 로드밸런서로 사용할 수 있습니다.

쿠버네티스는 Cloud Controller를 이용하여 클라우드 연동을 손쉽게 확장할 수 있습니다. 그 덕분에 AWS, Google Cloud, MS Azure 등을 쉽게 사용할 수 있습니다.

5. Namespcae & Label을 통한 구분

하나의 클러스터를 논리적으로 구분해서 사용할 수 있습니다. 하나의 클러스터에 다양한 프레임워크와 애플리케이션을 설치하기 때문에 기본 (system, default)외에 여러 개의 네임스페이스를 사용하는 것이 일반적입니다.

6. RBAC(Role-based access control)

RBAC는 접근 권한 시스텝입니다. 각각의 리소스에 대해 유저별로 CRUD스러운 권한을 손쉽게 지정할 수 있으며, 클러스터 전체에 적용하거나 특정 네임스페이스에 적용할 수 있습니다.

7. CRD(Custom Resource Definitation)

쿠버네티스가 제공하지 않는 기능을 기본 기능과 동일한 빙식으로 적용하고 사용할 수 있는 기능입니다.

Ex) Knative 등등

8. Auto Scaling

CPU, memory 사용량, 접속자 수 등을 조절할 수 있습니다. 다음과 같은 종류가 있습니다.

HPA(Horizontal Pod Autoscaler) : 컨테이너 개수 조정
VPA(Vertical Pod Autoscaler) : 컨테이너 리소스 할당량 조절
CA(Cluster Autoscaler) : 서버 개수 조정

9. Federation, Multi Cluster

클라우드에 설치된 쿠버네티스 클러스와 자체 서버에 설치한 쿠버네티스를 묶어서 하나로 사용할 수 있습니다. 구글에서 발표한 Anthos를 사용하면 한 곳에서 여러 클라우드의 클러스터를 관리할 수 있습니다.

10. IT 보안

컨테이너 보안은 멀티레이어 구조이므로 이는 복잡합니다. 쿠버네티스는 워크로드를 위해 규모에 맞는 컨테이너를 배포하는데 필요한 자원 및 관리 기능을 제공합니다. 이를 통해서 애플리케이션 서비스를 구축하고, 일정을 계획하고, 컨테이너를 확장해서 컨테이너 상태를 지속적으로 관리할 수 있습니다.

쿠버네티스의 개념

Desired State

쿠버네티스 공식 홈페이지의 document에서 등장하는 용어는 desired state이다. 이는 쿠버네티스를 이해하는데 가장 핵심적인 개념이다. 이는 쉽게 원하는 상태(ex. 웹서버의 갯수, 포트)를 의미합니다.

쿠버네티스는 현재 상태(current state)를 지속적으로 모니터링하며, current state와 desired state 사이에 다른 부분이 있으면 이를 동일하게 만듭니다.

이러한 로직으로 인해, 관리자가 서버를 배포할 때는 직접적인 명령을 하지 않고, 상태를 선언하는 방식을 사용합니다. 이 상태(desired state)를 선언하므로서, 현재 상태(current state)에서 이동합니다.

핵심은 명령(imprative)이 아닌 선언(declarative)입니다.

Kubernetes Object

쿠버네티스는 상태를 관리하기 위한 대상을 오브젝트로 정의합니다. 쿠버네티스는 여러가지의 오브젝트를 제공하고, 새로운 오브젝트를 추가하기 쉽기 때문에 확장성이 좋습니다.

Pod
- 쿠버네티스에서 배포할 수 있는 가장 작은 단위
- 하나 이상의 컨테이너, 스토리지, 네트워크 속성을 가짐
- 하나의 Pod 안에 있는 컨테이너는 스토리지, 네트워크를 공유합니다.
ReplicaSet
- Pod을 여러개 복제하여 관리하는 오브젝트
- Pod을 생성하고 개수를 유지하기 위해서 반드시 사용합니다.
- YAML에서 replicas의 갯수를 지정하여 Pod의 개수를 몇개 유지할 지 결정할 수 있습니다.
Service
- 네트워크와 관련된 오브젝트
- Pod을 외부 네트워크에 연결해주며, 여러 개의 Pod을 바라보는 내부 로드 밸런서를 생성할 때 사용
- 서비스 디스커버리 역활도 수행합니다. (내부 DNS에 서비스 이름을 도메인으로 등록합니다.)
Volume
- 저장소와 관련된 오브젝트
- 대부분으 저장 방식을 지원합니다.

Object Spec - YAML

오브젝트외 종류와 원하는 상태로 입력합니다.
해당 명세는 생성, 조회, 삭제로 관리할 수 있어서 REST API로 쉽게 노출이 가능합니다.
접근 권한 설정도 같은 개념을 적용하여 어떤 오브젝트에 어떤 요청을 할 수 있는지 정의할 수 있습니다.
아래는 예시 YAML파일입니다.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: nginx-deployment
labels:
    app: nginx
spec:
replicas: 3
selector:
    matchLabels:
    app: nginx
template:
    metadata:
    labels:
        app: nginx
    spec:
    containers:
    - name: nginx
        image: nginx:1.7.9
        ports:
        - containerPort: 80

쿠버네티스 배포 양식

이전에 이야기 했듯이 쿠버네티스는 애플리케이션을 배포하기 위해 원하는 상태(desired state)를 다양한 오브젝트(object)에 라벨(label)을 붙여서 정의하고 API 서버에 전달하는 방식을 사용합니다.

마무리.

쿠버네티스에 대한 개념을 찾기 위해서, 많은 글을 읽으면서 정리했습니다. 이후에 좀 더 공부해서 부족한 내용을 좀 더 추가하겠습니다. 그리고 설치 등을 해보면서 이후에 좀 더 글을 작성하겠습니다.

출처

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