쿠버네티스 (Kubernetes | K8s) 기본개념

Kubernetes 란?

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컨테이너로 구성된 웹 어플리케이션이 있다고 하자. 일반적인 개인 / 팀 프로젝트 수준에서는 컨테이너가 많아봐야 채 10개가 넘어가지 않을 것이다.

하지만 마이크로 서비스 아키텍쳐를 채택하거나, 서비스의 부하 분산을 위해서 수평확장 시키는 등의 작업으로 관리해야 할 컨테이너가 100~200정도의 수준이 된다면?

새로운 배포 버전을 올리거나, 특정 컨테이너가 죽어서 다시 올려야 하는 경우 관리에 들어가는 노력은 그만큼 증가할 것이다.

그러한 불편을 해소하는 다양한 기능을 가진 강력한 오케스트레이션 도구다.

이는 로드밸런싱, 스토리지 오케스트레이션, 롤아웃/롤백, bin packing 자동화, 자동복구, 배치실행 등등등.. 많은 기능을 제공하며 이를 차근히 알아가보자.

클러스터 아키텍처

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Udemy CKA lecture by Mumshad Mannambeth

k8s 공식문서

클러스터란?

컨테이너화 된 어플리케이션을 실행하고 관리하는 노드가 있는데, 이 노드들의 집합을 말하며, 모든 클러스터는 최소 한 개의 워커 노드를 가져야 한다.

컨테이너선 비유로 이해하기:

쿠버네티스의 목적은 애플리케이션을 자동화된 방식으로 컨테이너로 호스팅하여 여러 인스턴스를 쉽게 배포하고, 어플리케이션 내 여러 서비스 간에 통신을 원활하게 하는 것. 이를 위해 여러 구성요소가 함께 작동하는데, 이에는 크게 두가지가있다.
마스터노드 (통제선), 워커 노드 (화물선)

Udemy CKA lecture by Mumshad Mannambeth

• 마스터 노드: 제어선의 선장실과 같다.
  쿠버네티스 클러스터 관리, 여러 노드에 대한 정보 저장, 컨테이너 배치 계획, 노드 및 컨테이너 모니터링 등의 작업을 담당한다. 이러한 작업은 control plane 구성요소로부터 수행된다.
  • etcd: 선장실의 항해 일지. 클러스터 정보를 key-value값으로 저장하는 DB.
  • kube-scheduler: 화물 배치(크레인) 담당자. 컨테이너의 리소스 요구 사항, 워커 노드의 용량, taint, tolleration, node affinity 규칙과 같은 정책 & 제약조건을 고려하여 컨테이너를 배치할 적절한 노드를 식별한다.
  • kube-controller-manager: 선단 관리자. 각 배들이 계획대로 운항하는지 감시하고 문제 발생 시 조치를 취한다.
    • 노드 컨트롤러는 노드를 관리하고, 새로운 노드를 등록, 사용할 수 없거나 파괴된 노드를 처리한다
    • 복제 컨트롤러는 복제 그룹에서 원하는 수의 컨테이너가 실행되도록 보장한다.
  • kube-apiserver: 선장실의 통신 장비. 모든 클러스터 작업을 조율하기 위해 다음과 같은 k8s API를 제공한다.
    • 클러스터 관리 작업을 수행하는 외부 사용자
    • 클러스터 상태를 모니터링하고 필요한 변경을 수행하는 다양한 컨트롤러
    • 서버와 통신하는 워커 노드
  • container runtime engine: DNS 서비스와 네트워킹 솔루션 마찬가지로 모두 컨테이너로 배포될 수 있기 때문에 제어 구성 요소가 컨테이너로 호스팅되는 경우, 마스터 노드를 포함한 모든 노드에 컨테이너를 실행할 수 있는 소프트웨어가 필요하다. 옵션에는 Docker, ContainerD, Rocket 등의 주요 옵션이 있다.
• 워커 노드: 소형 컨테이너선들로, 실제로 컨테이너(애플리케이션)를 싣고 운반하는 역할을 한다. 선장실의 지시를 받아 컨테이너를 적재하고 목적지까지 안전하게 운송한다.
  • kubelet: 각 워커선의 선장. 마스터 노드의 지시를 받아 자신의 배에서 컨테이너를 관리한다. kube API 서버의 명령을 수신하고 필요에 따라 컨테이너를 배포하거나 제거한다. kube API 서버는 kubelet에서 주기적으로 상태 보고서를 가져와 노드 및 컨테이너를 모니터링한다.
  • kube-proxy: 항구의 교통 관제사. 서비스간 통신을 가능하게 한다. 즉 워커 노드 간 통신을 각 워커 노드에서 실행되는 kube 프록시 서비스를 통해 활성화된다.
• Pod: 컨테이너를 담는 가장 작은 화물 단위. 하나 이상의 컨테이너가 함께 묶여서 같은 목적지로 배송된다.
• Service: 항구의 안내소. 외부에서 특정 화물(Pod)을 찾을 때 정확한 위치를 알려주는 역할을 한다.

요약

• k8s 아키텍처(클러스터)는 제어선과 화물선에 비유할 수 있는 마스터 노드와 한개 이상의 워커 노드로 구성된다
• 마스터 노드는 etcd, 스케쥴러, 컨트롤러, kube API 서버와 같은 구성 요소를 사용하여 클러스터를 관리한다
• 워커 노드는 kubelet이 관리하는 컨테이너를 실행하고, kube proxy를 통해 컨테이너 간 통신을 활성화한다
• 컨테이너를 실행하려면 모든 노드에 Docker나 ContainerD와 같은 컨테이너 런타임 엔진이 필요하다