[infra] kubernetes 동작 원리

쿠버네티스는 분산 시스템을 실행하기 위한 컨테이너 오케스트레이션 프레임워크입니다.

cluster structure

• 쿠버네티스 클러스터는 control plane 과 node 로 구성됨
• control plane : 클러스터의 상태를 관리하고, 워커 노드에 작업을 할당함. 마스터 노드
• node : 파드를 호스팅하고 관리함. 워커 노드
• ex) kubectl get nodes 명령어를 통해 확인 가능
  • control plane : 마스터 노드
  • <none> : 워커 노드
    

control plane

• 쿠버네티스의 마스터 노드
• cloud controller manager : 클라우드 공급자와 상호작용해 노드 수준의 스케일링을 제공함

API server

• kube-apiserver
• 클러스터와 상호작용하는 모든 요청은 API 서버를 통함
• ex) kubectl 명령어는 API server 에게 전달됨

Controller Manager

• 노드 상태 관리
  • 노드의 상태를 주기적으로 확인함
  • 노드가 비정상적이면 해당 노드를 NotReady 상태로 변경하고, 필요한 경우 파드를 다른 노드로 이동
• 파드 관리
  • 특정 메트릭 ex)CPU, Memory 을 모니터링하여 파드의 현재 상태를 지속적으로 확인
  • ex) HPA
    • 설정된 목표 메트릭과 현재 메트릭을 비교하여 파드의 수를 조정해야 할지를 결정
    • CPU 사용량이 설정한 임계값을 초과하면 HPA는 더 많은 파드를 생성
    • 필요한 경우, 파드의 수를 늘리거나 줄이는 작업을 수행
• 서비스 관리
  • 서비스와 연결된 파드가 변화할 경우 엔드포인트를 업데이트
  • 서비스가 항상 현재 상태에 맞는 파드에 요청을 전달할 수 있도록 함

Scheduler

• 파드 스케줄링
  • 새로운 파드가 생성되면, 파드를 실행할 적절한 노드를 선택함
  • 이때 노드의 사용 가능한 리소스와 파드의 리소스 요청을 비교함
  • 기본적으로 Least Requested Priority 방식 선택함
• API 서버에 파드-노드 매핑 정보를 알려줌

Worker Node

• 워커 노드에서는 kubelet 과 kube-proxy 가 실행됨

Kubelet

• 파드 관리
  • API 서버를 통해 받은 파드 사양을 바탕으로 파드를 실행함
• 헬스 체크
  • 파드의 헬스 체크를 수행하여 비정상 상태의 파드를 감지하고, 필요시 재시작하거나 종료함
• 상태 보고
  • kubelet은 주기적으로 노드와 파드의 상태를 API 서버에 보고함
  • 파드의 실행 상태, 오류, 리소스 사용량 등
• 리소스 관리

Kube-proxy

• 클러스터 내의 서비스와 파드 간의 통신을 관리함
• 서비스 라우팅
  • 클러스터 내 서비스에 대한 요청을 적절한 파드로 라우팅
• 로드밸런싱
  • 서비스에 대한 요청이 여러 파드에 분산되도록 하여 로드 밸런싱을 수행함
• 클러스터 외부 접근
  • NodePort 또는 LoadBalancer 서비스 유형을 사용하는 경우, kube-proxy는 외부에서 클러스터 내 서비스로의 접근을 가능하게 함
• 쿠버네티스 서비스는 개념적인 것이고, 실제 라우팅은 kube-proxy 가 담당함