챕터1. 쿠버네티스 소개

챕터1. 쿠버네티스 소개

• 1.1 Kubernetes 소개

배를 조종하는 사람 (K8S 라고도 표현)

쿠버네티스는 컨테이너에서 실행되는 컴퓨터 프로세스로 구성된 복잡한 대규모 애플리케이션 시스템의 배포 및 관리를 자동화하는 소프트웨어 시스템이다.

 

1.1.1 쿠버네티스 요약

 

인프라 추상화

SW개발자 또는 운영자가 애플리케이션을 배포하기로 결정할 때 쿠버네티스를 통해 이를 수행한다.

쿠버네티스는 기본 하드웨어에 대한 추상화 계층을 사용자와 애플리케이션 모두에 제공한다.

 

애플리케이션 배포 방법 표준화

기본 인프라의 세부정보는 애플리케이션 배포에 영향을 미치지X

기본 인프라의 모든 차이점은 쿠버네티스에서 처리하므로 비즈니스 로직에 집중할 수 있다.

 

선언적으로 애플리케이션 배포

쿠버네티스는 선언전 모델을 사용해 애플리케이션을 정의한다

내용이 바뀌게 된다면 쿠버네티스는 실행 중인 애플리케이션을 새 내용과 일치하도록 재구성하는데 필요한 단계를 수행한다.

애플리케이션 관리

쿠버네티스에 애플리케이션을 배포하는 즉시 이를 관리한다.

애플리케이션이 실패하면 자동으로 다시 시작하며 하드웨어 장애가 발생하거나 인프라 토폴로지가 변경되어 다른 시스템으로 이동해야하는 경우 이 모든 작업을 자체적으로 수행한다.

 

1.1.2 쿠버네티스 프로젝트 정보

구글에서 수천 개의 응용프로그램과 서비스를 관리하는 데 도움이 되는 Borg라는 내부시스템을 개발. (나중에 Omega라는 새 시스템으로 바뀜)

세계 최고의 오픈 소스 프로젝트 중 하나로 뽑힘

 

1.1.3 쿠버네티스가 인기 잇는 이유 이해하기

과거는 하드웨어를 통해 업그레이드, 응용 프로그램을 수직으로 확장

그 이후 마이크로서비스 패러다임이 등장

하나의 애플리케이션을 수십,수백 갱의 개별 프로세스로 나누고 이를 개발하는 소규모 팀으로 나누었다.

각 마이크로서비스는 자체 개발 및 릴리즈 주기가 있는 별도의 애플리케이션으로 바뀌었다. 그래서 시간이 지남에 따라 종속성이 달라지고 버전이 달라져서 동일한 운영체제에서 두 응용 프로그램을 실행하는 것이 어려워짐

이 문제를 해결하는 것이 “컨테이너”개념

시스템이 많은 마이크로서비스로 구성된 경우 자동화된 관리가 중요.

쿠버네티스는 이런 자동화를 제공한다.

dev와 ops 격차 해소

클라우드 표준화 → 쿠버네티스에서 제공하는 표준 API 세트를 통해 모든 클라우드에서 애플리케이션을 배포할 수 있다.

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• 1.2 쿠버네티스 이해하기

1.2.1 쿠버네티스가 컴퓨터 클러스터를 변환하는 방법 이해

쿠버네티스는 컴퓨터 클러스터에서 사용하는 OS와 같다.

OS가 CPU에 프로세스를 예약하고 애플리케이션과 하드웨어 간의 인터페이스 역할을 하는 것과 같은 것 처럼

쿠버네티스는 분산 애플리케이션의 구성 요소를 기본 컴퓨터 클러스터의 개별 컴퓨터에 예약하고 애플리케이션과 클러스터 간의 인터페이스 역할을 한다.

쿠버네티스에서 제공하는 특징

1. service discovery - 응용프로그램이 다른 응용프로그램을 찾고 제공하는 서비스를 사용할 수 있도록 하는 메커니즘
2. horizontal scaling - 애플리케이션을 복제해 로드 변동에 맞게 조정
3. load balancing - 모든 애플리케이션 복제본에 로드 분산
4. self healing - 실패한 애플리케이션을 자동으로 다시 시작, 시스템을 건강하게 유지
5. leader election - 어떤 인스턴스가 실행되어야할지 결정하는 메커니즘(실패한 인스턴스가 다시 준비하는 동안)

쿠버테니스 클러스터는 Control Plane 과 Workload Plane으로 나뉜다

마스터 노드와 작업자 노드라는 두 그룹으로 나누어 시작한다.

마스터 노드는 시스템의 두뇌를 나타내며 Control Plane을 실행하고

나머지 작업자 노드는 Workload plane을을 나타낸다.

비프로덕션 클러스터는 단일 마스터 노드를 사용할 수 있다.

고가용성 클러스터는 최소 3개의 물리적 마스터 노드를 사용하여 Control Plane을 호스팅한다.

*Plane은 데이터를 호스팅하지 않고 애플리케이션을 호스팅한다.

 

1.2.2 쿠버네티스 사용의 이점

1. 애플리케이션의 셀프 서비스 배포
2. 인프라 활용을 통한 비용 절감
3. 변화에 대한 자동 조정
4. 애플리케이션이 원활하게 실행되도록 유지
5. 애플리케이션 개발 간소화

1.2.3 쿠버네티스 클러스터의 아키텍처

Control Plane 구성 요소를 호스팅하는 마스터 노드 집합

Workload Plane 구성 요소를 호스팅하는 작업자 노드 집합

 

Control Plane 구성요소

1. Kubuernetes API Server - 클러스터 및 쿠버네티스 구성요소를 사용하는 엔지니어는 이 API를 통해 객체를 생성
2. The etcd - 분산 데이터 저장소는 API 서버 자체가 비저장이므로 API를 통해 한 개체를 유지한다.
3. The Scheduler - 각 애플리케이션 인스턴스가 실행되어야 하는 작업자 노드를 결정한다.
4. Controllers - 컨트롤러는 API를 통해 생성한 객체에 생명을 넣는다

*Control Plane의 구성요소는 클러스터의 상태를 유지 제어하지만 애플리케이션을 실행하지는 않는다(애플리케이션 실행은 작업자 노드에 의해 수행된다.)

 

Workload Plane 구성요소

1. The Kubelet - API서버와 통신하고 해당 노드에서 실행되는 애플리케이션을 관리하는 에이전트
2. The Container Rumtime - 도커 또는 쿠버네티스와 호환되는 컨테이너 런타임, Kubelet에 따라 애플리케이션을 실행한다.
3. The Kubernetes Service Proxy(Kube Proxy) - 애플리케이션 간의 네트워크 트래픽의 부하를 분산한다.

다른 구성 요소

DNS 서버, 네트워크 플러그인, 로깅 에이전트 등이 포함된다. 일반적으로 작업자 노드에서 실행되지만 마스터에서 실행되도록 구성할 수도 있다.

 

1.2.4 쿠버네티스가 애플리케이션을 실행하는 방법

 

쿠버네티스는 모든것을 객체로 표현한다.

여러 유형의 객체를 통해 응용프로그램을 정의한다는 것이다.

이러한 객체는 일반적으로 YAML, 또는 Json형식의 하나 이상의 매니페스트 파일에 정의된다.

애플리케이션 배포시 작업 순서

1. 애플리케이션 메니페스트 파일을 API에 보낸다. API서버는 파일에 정의된 객체를 etcd에 기록한다.
2. 컨트롤러는 새로 생성된 객체를 인식하고 각 애플리케이션 인스턴스에 대해 하나씩 여러 개의 새로운 객체를 생성한다.
3. 스케줄러는 각 인스턴스에 노드를 할당한다. (스케줄러는 특수한 타입의 컨트롤러이다)
4. Kubelet은 Kubelet의 노드에 인스턴스가 할당되었음을 확인한다. Container Runtime을 통해 애플리케이션 인스턴스를 실행한다. (각 작업자 노드에서 실행되는 Kubelet도 일종의 컨트롤러이다.)
5. Kube 프록시는 애플리케이션 인스턴스가 클라이언트의 연결을 수락할 준비가 되었음을 확인하고 이에 대한 로드 밸런싱을 구성한다. (Kube 프록시도 일종의 컨트롤러이다.)
6. Kubelets와 컨트롤러는 시스템을 모니터링하고 애플리케이션을 계속 실행한다.

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• 1.3 조직에 쿠버네티스 도입하기

1.3.1 온프레미스 및 클라우드에서 쿠버네티스 실행

1. 온프레미스에서의 쿠버네티스 규정에 따라 애플리케이션을 실행해야하는 경우 자체 인프라에서 쿠버네티스를 실행하는 것이 유일한 옵션일 수 있다.
2. 클라우드에서의 쿠버네티스 쿠버네티스 자체는 클러스터의 현재 크기를 파악해 추가의 가상 머신을 프로비저닝하도록 요청하거나 작업자 노드가 워크로드에 실행하지 않고 남아있는 경우 운영 비용을 줄이기 위해 이런 노드를 가상머신에서 제거하라고 요청 할 수 있다.
3. 하이브리드 클라우드에서의 쿠버네티스 온프레미스와 클라우드의 장점을 모두 얻을 수 있다.

1.3.2 쿠버네티스를 직접 관리, 관리하지 않으려면

1. 클라우드에서 관리형 쿠버네티스 클러스터 사용 대부분의 주요 클라우드 공급자는 현재 Kubernetes-as-a-Service를 제공한다.

Google 쿠버네티스 엔진(GKE) AKS(Azure Kubernetes Service) Amazon Elastic Kubernetes Service(EKS) IBM 클라우드 쿠버네티스 서비스 Red Had OpenShift 온라인 전용 VMware 클라우드 PKS Alibaba Cloud 컨테이너 서비스(ACK)

 

1.3.3 vanilla 또는 확장된 쿠버네티스

1. 쿠버네티스 바닐라 버전 사용 쿠버네티스의 오픈소스 버전은 커뮤니티에서 유지 관리되고있다. 안정적이지 않을 수 있음을 의미한다.
2. 엔터프라이즈급 쿠버네티스 사용

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• 1.4 요약

1. 쿠버네티스는 조타수를 뜻하는 그리스어
2. 구글의 방대한 경험을 바탕으로 구축된 오픈 소스 프로젝트
3. 쿠버네티스는 클러스터의 운영체제와 같다. 인프라를 추상화하고 데이터 센터의 모든 컴퓨터를 하나의 대규모 연속 배포 영역으로 나타낸다.
4. 쿠버네티스 클러스터는 마스터 및 작업자 노드로 구성된다. 마스터 노드 - Control Plane 작업자 노드 - Workload Plane

*출처 - 쿠버네티스 인 액션 / 저자: 마르코.룩샤 / 출판: 에어콘출판 / 2020.03.31