Application 기능으로 이해하기 - Probe

appti·2024년 4월 5일

쿠버네티스 인강

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서론

해당 글은 일프로 님의 인프런 강의 쿠버네티스 어나더 클래스 (지상편) - Sprint 1, 2의 내용을 정리한 글입니다.

해당 글에 사용된 내용, 사진 및 그림은 모두 강의와 강의 자료에 포함된 내용입니다.

Probe 기본 개념

[Sprint1] Application 기능으로 이해하기 - Probe 글을 기반으로 진행
해당 글을 참고할 것을 권장

예제 환경

세 개의 Probe가 존재
- startupProbe
  - periodSeconds : 10
    - 10초마다 /ready 엔드 포인트로 요청해 기동 상태 확인
  - successThreshold : 1
    - 성공 수치를 1로 설정
  - failureThreshold : 10
    - 실패 수치를 10으로 설정
- readinessProbe
  - periodSeconds : 10
    - 10초마다 /ready 엔드 포인트로 요청해 트래픽을 전달할 수 있는 상태인지 확인
    - 성공 시 서비스 활성화, 실패 시 연결 종료
  - successThreshold : 1
    - 성공 수치를 1로 설정
  - failureThreshold : 2
    - 실패 수치를 2로 설정
- livenessProbe
  - periodSeconds : 10
    - 10초마다 /ready 엔드 포인트로 요청해 애플리케이션이 정상 동작하는지 모니터링
    - 실패 시 애플리케이션 재시작
컨테이너 애플리케이션에는 /url이라는 엔드 포인트가 존재

동작 과정

컨테이너 내 애플리케이션이 기동 중인 경우
1.1 기동이 될 때 까지 startupProbe는 계속 실패
1.2 failureThreadhold를 10으로 설정했으므로 10회 실패 전 응답이 있으면 성공으로 간주
그림에서는 3회만에 성공했다고 가정
1.3 쿠버네티스에서 성공한 startupProbe를 중단하고, readinessProbe와 livenessProbe 트리거
애플리케이션이 사라있는 동안 10초 간격으로 readinessProbe와 livenessProbe가 /ready 엔드 포인트로 요청, 200 OK 결과 반환
애플리케이션에 문제가 생겨 /ready 엔드 포인트로 요청했을 때 실패
3-1. readinessProbe 실패로 인해 서비스 비활성화 및 외부와의 연결 종료, livenessProbe 실패로 인해 애플리케이션 재시작

의문점

왜 3개의 probe가 모두 동일한 url을 호출하고 있는지?
- 동일한 엔드 포인트로 인한 요청이 실패할 경우 3개의 probe가 모두 실패
- probe를 하나를 사용하나 3개를 사용하나 동작에는 차이가 없는 상태
- 각 probe의 용도를 파악하고 정확하게 사용할 필요가 있음

Application 로그를 통한 Probe 동작 분석

사전 작업

// HPA minReplica 1로 바꾸기 - Master Node
kubectl patch -n anotherclass-123 hpa api-tester-1231-default -p '{"spec":{"minReplicas":1}}'

로그 식별의 편의성을 위해 minReplica를 2에서 1로 변경

실습

파드 강제 삭제

애플리케이션 기동 중
- startupProbe 실패

애플리케이션 기동 완료
- startupProbe 성공
- readinessProbe, livenessProbe 트리거
- 아직 ConfigMap등의 초기화 작업이 끝나지 않았으므로 readinessProbe 실패
- 애플리케이션이 기동 중이므로 livenessProbe 성공

애플리케이션 초기화 작업 완료
- readinessProbe, livenessProbe 모두 성공
앞으로 애플리케이션이 기동하는 동안 10초 간격으로 헬스 체크 수행

로그 분석

App 초기화 단계
- 스프링 부트의 DispatcherServlet 초기화
- 초기화가 완료되기 전에는 startupProbe는 실패하다가 완료된 이후 성공
  - 로그의 경우 임의로 애플리케이션 내부에서 출력했기 때문에 실제로 애플리케이션이 동작을 하자마자 startupProbe가 호출되고 실패함
User 초기화 단계
- 예시에서는 ConfigMap을 초기화하는 과정
- readinessProbe는 실패, livenessProbe는 성공
모든 초기화 완료 후
- readinessProbe, livenessProbe 모두 성공
- 10초마다 헬스 체크 수행

Application 동작 중심의 Probe 이해

쿠버네티스의 요구사항에 따라 Probe 동작 이해
- 쿠버네티스는 애플리케이션을 편리하게 관리하기 위한 도구
- 애플리케이션 동작을 기반으로 분석

애플리케이션 동작
1. 애플리케이션 초기화
2. User 초기화
3. 애플리케이션 기동
4. 애플리케이션 장애 발생
자동화 요구사항
1. 애플리케이션 초기화 수행 -> 초기화가 끝나지 않았기 때문에 API를 받을 수 없음 -> 초기화가 끝났는지 애플리케이션 상태 체크 필요
  1-1. 외부 API 접근 금지 -> 애플리케이션이 초기화되지 않았기 때문
2. 애플리케이션 초기화 완료, User 초기화 수행 -> 초기화가 끝났기 때문에 API를 받을 수 있음 -> 애플리케이션이 살아있는지 상태 체크 필요
  2-1. 외부 API 접근 금지 -> 애플리케이션만이 초기화되었고 정상적으로 서비스를 제공하기 위한 User 초기화 작업이 수행 중이기 때문
3. 애플리케이션 기동 -> 애플리케이션 초기화 & User 초기화 작업 모두 수행 완료 -> 애플리케이션이 살아있는지 상태 체크 필요 (L4 스위치로 외부 트래픽 허용 처리)
  3-1. 외부 API 접근 허용 -> 서비스를 정상적으로 제공하기 위한 모든 준비가 끝났기 때문
4. 애플리케이션 장애 발생 -> 애플리케이션 재기동 필요
쿠버네티스 제공 기능
1. 애플리케이션 초기화 -> startupProbe를 통해 판단
  1-1. service와 파드는 selector로 연결을 했지만 쿠버네티스는 실제 연결을 하지 않음
2. 애플리케이션 초기화 완료, User 초기화 수행 -> startupProbe 중단, livenessProbe, readinessProbe 트리거
  2-1. livenessProbe는 설정된 API를 계속 호출하며 정상적인 상황이라면 항상 성공하고, 실패한다면 비정상적인 상황이므로 파드 재기동
  2-2. readinessProbe는 User 초기화 완료 전까지 계속 실패 -> 성공 시 service와 파드를 연결해 외부 트래픽 접속 허용
  2-3. readinessProbe가 API 호출을 실패하면 service와 파드를 분리해 외부 트래픽 접속 차단
  2-4. readinessProbe가 API 호출을 다시 성공하면 service와 파드를 다시 연결해 외부 트래픽 접속 허용
readinessProbe의 용도
- 애플리케이션이 기동이 된 상태지만 의도적으로 외부 트래픽을 받지 않게 사용
  - 이러한 의도에 따라 readinessProbe와 livenessProbe가 동일한 url을 받게 할지, 분리할지가 결정됨
정리
- startupProbe
  - 애플리케이션의 기동 상태를 확인해 애플리케이션이 정상적으로 초기화되기 전 외부 트래픽을 차단하고자 할 때 사용
  - 스프링 부트 애플리케이션의 ApplicationContext refresh 과정이 다 끝나지 않아 API 호출을 아예 수행하지 못할 때 사용
- readinessProbe
  - 애플리케이션이 기동되었지만, 외부 트래픽을 차단하고자 할 때 사용
  - 스프링 부트 애플리케이션의 초기화는 모두 끝났으나, 정상적인 서비스를 제공하기 위해 필요한 전처리 작업을 수행할 때 사용
- livenessProbe
  - 애플리케이션의 기동 상태를 확인해 애플리케이션이 비정상적인 상태일 때 파드를 재기동하기 위해 사용
주의사항
- readinessProbe나 livenessProbe는 애플리케이션이 죽을 때 까지 주기적으로 헬스 체크를 수행하므로 이러한 API는 최대한 비용이 적게 처리해야 함

API 날려보며 Probe 동작 확인하기

# 외부 API 실패 
curl http://192.168.56.30:31231/hello

애플리케이션 초기화 단계
애플리케이션이 기동 중이기 때문에 외부 API 실패

# 외부 API 실패 
curl http://192.168.56.30:31231/hello

# 내부 API 성공
kubectl exec -n anotherclass-123 -it api-tester-1231-75dd57f8cb-tpdpb -- curl localhost:8080/hello

애플리케이션 초기화 이후 User 초기화 단계
내부 API는 성공하지만, 외부 API를 수행하기에는 모든 초기화 작업이 수행되지 않았으므로 실패

# 외부 API 성공
curl http://192.168.56.30:31231/hello

# 내부 API 성공
kubectl exec -n anotherclass-123 -it api-tester-1231-75dd57f8cb-tpdpb -- curl localhost:8080/hello

애플리케이션 초기화, User 초기화 모두 성공
이후 startupProbe 비활성화, readinessProbe와 livenessProbe 트리거
- 10초 간격으로 애플리케이션 헬스 체크

# 트래픽 중단
curl http://192.168.56.30:31231/traffic-off

# 외부 API 실패
curl http://192.168.56.30:31231/hello

readinessProbe 실패로 인해 외부 트래픽 접근 금지

# 트래픽 재개
kubectl exec -n anotherclass-123 -it api-tester-1231-75dd57f8cb-tpdpb -- curl localhost:8080/traffic-on

# 장애 발생 
curl http://192.168.56.30:31231/server-error

readinessProbe 3번 실패로 인해 파드 재기동

일시적인 장애 상황에서의 Probe 활용

문제 상황
- 애플리케이션에서 시간이 지난다면 자연스럽게 해결되는 일시적인 장애 발생
- readinessProbe와 livenessProbe가 실패하면서 파드 재기동
- 살아있는 다른 파드의 부하가 커지고 문제가 생긴 애플리케이션이 처리 중인 작업이 모두 실패
개선 방안
1. 애플리케이션에서 시간이 지난다면 자연스럽게 해결되는 일시적인 장애 발생
2. readinessProbe의 경우 외부 트래픽을 차단하므로 그대로 유지
3. livenessProbe의 경우 readinessProbe의 주기보다 길게 설정해 파드가 너무 빠르게 재시작하지 않도록 설정
  3-1. 애플리케이션마다 파드 수명을 적절히 설정해야 함

응용 과제 - Pod(Probe)

응용 1

startupProbe가 실패 되도록 설정해서 Pod가 무한 재기동 상태가 되도록 설정해 보세요.

startupProbe는 애플리케이션 초기화를 체크하는 Probe
쿠버네티스만을 활용해 항상 startupProbe가 실패하도록 설정하기 위해서 다음과 같은 실패 조건을 쉽게 충족시킬 수 있도록 설정을 변경하면 됨
- periodSeconds
  - 애플리케이션이 초기화되기 위해 소모되는 시간보다 훨씬 짧은 주기로 startupProbe를 실행하도록 변경
- failureThreshold
  - startupProbe가 실패했음을 판단하는 수치를 매우 낮게 측정

startupProbe:
  httpGet:
    path: "/startup"
    port: 8080
  periodSeconds: 1
  failureThreshold: 1

응용 2

일시적 장애 상황(App 내부 부하 증가)가 시작 된 후, 30초 뒤에 트래픽이 중단되고, 3분 뒤에는 App이 재기동 되도록 설정해 보세요.

# 부하 증가 API - (App 내부 isAppReady와 isAppLive를 False로 바꿈)
curl http://192.168.56.30:31231/server-load-on

# 외부 API 실패
curl http://192.168.56.30:31231/hello

# 부하 감소 API - (App 내부 isAppReady와 isAppLive를 True로 바꿈)
curl http://192.168.56.30:31231/server-load-off

30초 뒤에 트래픽 중단
- readinessProbe의 주기 및 실패 한도를 변경해서 처리
3분 뒤 애플리케이션 재기동
- livenessProbe의 주기 및 실패 한도를 변경해서 처리

readinessProbe:
  httpGet:
    path: "/readiness"
    port: 8080
  periodSeconds: 15
  failureThreshold: 2
livenessProbe:
  httpGet:
    path: "/liveness"
    port: 8080
  periodSeconds: 60
  failureThreshold: 3

응용 3

Secret 파일(/usr/src/myapp/datasource/postgresql-info.yaml)이 존재하는지 체크하는 readinessProbe를 만들어 보세요.

쿠버네티스 공식 문서 - Define readiness probes에서 readinessProbe를 통해 쉘 명령어 관련 예제를 확인할 수 있음

readinessProbe:
  exec:
    command: 
      - cat
      - /usr/src/myapp/datasource/postgresql-info.yaml
  periodSeconds: 10
  failureThreshold: 3

appti

안녕하세요

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Object 그려보며 이해하기

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Application 기능으로 이해하기 - Probe

쿠버네티스 인강

서론

Probe 기본 개념

예제 환경

동작 과정

의문점

Application 로그를 통한 Probe 동작 분석

사전 작업

실습

로그 분석

Application 동작 중심의 Probe 이해

API 날려보며 Probe 동작 확인하기

일시적인 장애 상황에서의 Probe 활용

응용 과제 - Pod(Probe)

응용 1

응용 2

응용 3

Object 그려보며 이해하기

Application 기능으로 이해하기 - Configmap, Secret

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