Kubernetes - 이해

jsbak·2023년 6월 4일

kubernetes

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Kubernetes

쿠버네티스의 이해

v1.23
Overview
컨테이너화된 워크로드와 서비스를 관리하기 위한 이식성이 있고 확장 가능한 오픈소스 플랫폼이다.
선언적 구성과 자동화를 모두 용이하게 해준다.
크고 빠르게 성장하는 생태계를 가지고 았으며 k8s 서비스, 기술 지원 및 도구는 어디서나 쉽게 이용가능하다.
키잡이(helmsman) 나 파일럿을 뜻하는 그리스어에서 유래되었다.

쿠버네티스 아키텍처

Control Plane Components

클러스터에 관한 전반적인 결정(Ex. 스케줄링)을 수행하고 클러스터 이벤트를 감지하고 반응
클러스터내 어떠한 머신에서든지 동작 가능
간결성을 위해, 구성 스크립트는 보통 동일 머신 상에 모든 컨트롤 플레인 컴포넌트를 구동시키고, 사용자 컨테이너를 해당 머신 상에 동작 시키지 않음.
Control Plane -> Master 노드

kube-apiserver - Kubernetes 컨트롤 플레인의 프런트 엔드로서 여러 인스턴스를 실행하고 해당 인스턴스 간에 트래픽의 균형을 조정
etcd - 모든 클러스터 데이터에 대한 Kubernetes의 백업 저장소로 사용되는 일관되고 가용성이 높은 key-value 저장소
- CKA 에서 백업 실습 필수로 나옴.
kube-scheduler - 새로 생성된 Pod(하나 이상의 컨테이너 그룹)를 감시하고 노드에 할당(; 실행할 노드를 선택)
kube-controller-manager - 여러개의 컨트롤러를 관리
- 논리적으로 각 컨트롤러는 별도의 프로세스이지만 복잡성을 줄이기 위해 모두 단일 바이너리로 컴파일되고 단일 프로세스에서 실행
- 노드 컨트롤러 : 노드가 다운되었을 때 통지와 대응에 관한 책임
- 레플리케이션 컨트롤러 : 시스템의 모든 레플리케이션 컨트롤러 오브젝트에 대해 알맞은 수의 파드들을 유지시켜주는 책임
- 엔드포인트 컨트롤러 : 엔드포인트 오브젝트를 채운다. (서비스와 포드 간의 연결 제공)
- 서비스 어카운트 & 토큰 컨트롤러 : 새로운 네임스페이스에 대한 기본 계정과 API 접근 토큰을 생성
cloud-controller-manager - 클라우드별 컨트롤 로직을 포함하는 쿠버네티스 컨트롤 플레인 컴포넌트이다. 클라우드 컨트롤러 매니저를 통해 클러스터를 클라우드 공급자의 API에 연결하고, 해당 클라우드 플랫폼과 상호 작용하는 컴포넌트와 클러스터와만 상호 작용하는 컴포넌트를 구분할 수 있게 해준다. (CSP가 제공)
- 노드 컨트롤러 : 노드가 응답을 멈춘 후 클라우드 상에서 삭제되었는지 판별하기 위해 클라우드 제공 사업자에게 확인하는 것
- 라우트 컨트롤러 : 기본 클라우드 인프라에 경로를 구성하는 것
- 서비스 컨트롤러 : 클라우드 제공 사업자 로드밸런서를 생성, 업데이트 그리고 삭제하는 것

Node Components

Node Components
동작중인 파드를 유지시키고 쿠버네티스 런타임 환경을 제공하며, 모든 노드 상에서 동작

kubelet

클러스터의 각 노드에서 실행되는 에이전트(; API 요청 받아 처리)로서 Pods 에서 컨테이너가 확실하게 동작하도록 관리
- 각 파드 내부에는 컨테이너가 있으며, kubelet 은 일반적으로 도커를 통해 이러한 작업을 실행한다(이미지 가져오기, 컨테이너 시작 및 중지 요청 등).
파드 스펙(PodSpec)의 집합을 받아서 컨테이너가 해당 파드 스펙에 따라 컨테이너를 관리
- 파드 : 클러스터에서 실행중인 컨테이너 집합
- 컨테이너 : 가볍고 휴대성 높은 실행 가능한 이미지

kube-proxy

클러스터의 각 노드에서 실행되는 네트워크 프록시
내부 네트워크 세션이나 클러스터 바깥에서 파드로 네트워크 통신을 할 수 있도록 도움.
운영 체제에 가용한 패킷 필터링 계층이 있는 경우, 이를 사용한다. 그렇지 않으면, kube-proxy는 트래픽 자체를 포워드(forward)한다.

수정 필요: 호스트에서 네트워크 규칙을 유지하고 연결 포워딩을 수행하는 노드의 메인 네트워크. 또한 서비스의 모든 Pod 간의 부하 분산을 담당합니다.

container runtime

컨테이너 실행을 담당하는 소프트웨어
쿠버네티스는 Docker, containerd, CRI-O 와 같은 컨테이너 런타임 및 모든 Kubernetes CRI (컨테이너 런타임 인터페이스) 구현한 모든 소프트웨어

용어

네임스페이스

Namespaces
단일 클러스터 내에서의 리소스 그룹 격리 메커니즘을 제공
리소스의 이름은 네임스페이스 내에서 유일해야 하며, 네임스페이스 간에서 유일할 필요는 없다.
여러 개의 팀이나, 프로젝트에 걸쳐 많은 사용자가 있는 환경에서 사용하도록 만들어짐. 사용자가 거의 없거나, 수 십명 정도 되는 경우에는 네임스페이스를 전혀 고려할 필요가 없고, 네임스페이스가 제공하는 기능이 필요할 때 사용 가능
네임스페이스별로 별도의 쿼터를 설정해서 특정 네임스페이스의 사용량을 제한 가능

파드

파드 : 쿠버네티스에서 배포할 수 있는 가장 작은 단위
한 개 이상의 컨테이너와 스토리지, 네트워크 속성을 가집니다.
Pod에 속한 컨테이너는 스토리지와 네트워크를 공유하고 서로 localhost로 접근할 수 있습니다.
컨테이너를 하나만 사용하는 경우도 반드시 Pod로 감싸서 관리합니다.

서비스

서비스 : 네트워크와 관련된 리스소
Pod을 외부 네트워크와 연결해주고 여러 개의 Pod를 바라보는 내부 로드밸런서를 생성할 때 사용
내부 DNS에 서비스 이름을 도메인으로 등록하기 떄문에 서비스 디스커버리 역할도 수행

쿠버네티스 오브젝트

쿠버네티스 오브젝트 이해하기

쿠버네티스 오브젝트 는 쿠버네티스 시스템에서 영속성을 가지는 오브젝트, 클러스터의 상태를 나타냄 (명세서)
- 어느 노드에서 어떤 컨테이너화된 애플리케이션이 동작중인지
- 이 애플리케이션이 이용할 수 있는 리소스
- 이 애플리케이션이 어떻게 재구동, 업그레이드, 내고장성과 같은 것에 동작해야 하는지에 대한 정책
생성이든, 수정이든, 또는 삭제든 쿠버네티스 오브젝트를 동작시키려면, 쿠버네티스 API를 이용(kubectl CLI 이용)

오브젝트 명세(spec)와 상태(status)

오브젝트의 구성을 결정해주는 두개의 중첩된 오브젝트 필드
- 오브젝트 spec과 오브젝트 status
- spec 을 가진 오브젝트는 오브젝트를 생성할 때 리소스에 원하는 특징(의도한 상태)에 대한 설명을 제공해서 설정
- status 는 쿠버네티스 시스템과 컴포넌트에 의해 제공되고 업데이트된 오브젝트의 현재 상태 를 설명

쿠버네티스 컨트롤 플레인은 모든 오브젝트의 실제 상태를 사용자가 의도한 상태와 일치시키기 위해 끊임없이 그리고 능동적으로 관리

오브젝트 기술하기

대부분의 경우 정보를 .yaml 파일로 kubectl에 제공하며 kubectl은 API 요청이 이루어질 때, JSON 형식으로 정보를 변환시켜 준다.

  apiVersion: apps/v1
  kind: Deployment
  metadata:
    name: nginx-deployment
  spec:
    selector:
      matchLabels:
        app: nginx
    replicas: 2 # tells deployment to run 2 pods matching the template
    template:
      metadata:
        labels:
          app: nginx
      spec:
        containers:
        - name: nginx
          image: nginx:1.14.2
          ports:
          - containerPort: 80

적용은 kubectl apply -f https://k8s.io/examples/application/deployment.yaml
- 출력 deployment.apps/nginx-deployment created

요구되는 필드

apiVersion - 이 오브젝트를 생성하기 위해 사용하고 있는 쿠버네티스 API 버전이 어떤 것인지

kind - 어떤 종류의 오브젝트를 생성하고자 하는지

metadata - 이름 문자열, UID, 그리고 선택적인 네임스페이스를 포함하여 오브젝트를 유일하게 구분지어 줄 데이터

spec - 오브젝트에 대해 어떤 상태를 의도하는지

오브젝트 spec에 대한 정확한 포맷은 모든 쿠버네티스 오브젝트마다 다르고, 그 오브젝트 특유의 중첩된 필드를 포함하기 때문에 쿠버네티스 API 레퍼런스를 참고하여 spec 포멧을 참고한다.

권장 레이블

권장 레이블은 지원 도구 외에도 쿼리하는 방식으로 애플리케이션을 식별하게 한다.
메타데이터는 애플리케이션 의 개념을 중심으로 정리, 메타데이터들은 권장하는 레이블이다. 애플리케이션을 보다 쉽게 관리할 수 있지만 코어 도구에는 필요하지 않다.

레이블

키	설명	예시	타입
app.kubernetes.io/name	애플리케이션 이름	mysql	문자열
app.kubernetes.io/instance	애플리케이션의 인스턴스를 식별하는 고유한 이름	mysql-abcxzy	문자열
app.kubernetes.io/version	애플리케이션의 현재 버전 (예: a semantic version, revision hash 등.)	5.7.21	문자열
app.kubernetes.io/component	아키텍처 내 구성요소	database	문자열
app.kubernetes.io/part-of	이 애플리케이션의 전체 이름	wordpress
app.kubernetes.io/managed-by	애플리케이션의 작동을 관리하는 데 사용되는 도구	helm	문자열

# 아래는 전체 명세의 일부분이다
  apiVersion: apps/v1
  kind: StatefulSet
  metadata:
    labels:
      app.kubernetes.io/name: mysql
      app.kubernetes.io/instance: mysql-abcxzy
      app.kubernetes.io/version: "5.7.21"
      app.kubernetes.io/component: database
      app.kubernetes.io/part-of: wordpress
      app.kubernetes.io/managed-by: helm

애플리케이션과 애플리케이션 인스턴스

애플리케이션의 이름과 애플리케이션 인스턴스 이름은 별도로 기록된다.
예를 들어 WordPress는 애플리케이션 이름으로 app.kubernetes.io/name 이라는 레이블에 wordpress 라는 값을 가지며, 애플리케이션 인스턴스 이름으로는 app.kubernetes.io/instance 라는 레이블에 wordpress-abcxzy 라는 값을 가진다. 이를 통해 애플리케이션과 애플리케이션 인스턴스를 식별할 수 있다. 모든 애플리케이션 인스턴스는 고유한 이름을 가져야 한다.

서비스

서비스 퍼블리싱(ServiceTypes) : 정리가 필요

서비스 퍼블리싱 (ServiceTypes)
애플리케이션 중 일부(예: 프론트엔드)는 서비스를 클러스터 밖에 위치한 외부 IP 주소에 노출하고 싶은 경우 쿠버네티스 ServiceTypes 로 원하는 서비스 종류 지정
- 기본 값 ClusterIP

Type 의 종류

ClusterIP
- 서비스를 클러스터-내부 IP에 노출.
- 클러스터 내에서만 서비스에 도달가능
- ServiceTypes 의 기본 값
NodePort
- 고정 포트 (NodePort)로 각 노드의 IP에 서비스를 노출
- NodePort 서비스가 라우팅되는 ClusterIP 서비스가 자동으로 생생
- <NodeIP>:<NodePort> 를 요청하여, 클러스터 외부에서 NodePort 서비스에 접속 가능하다.
  - Ex. (Node Host IP) 192.168.2.46:30080
LoadBalancer
- 클라우드 공급자의 로드 밸런서를 사용하여 서비스를 외부에 노출
- 외부 로드 밸런서가 라우팅되는 NodePort 와 ClusterIP 서비스가 자동으로 생성된다.
ExternalName
- 값과 함께 CNAME 레코드를 리턴하여, 서비스를 externalName 필드의 콘텐츠 (예:foo.bar.example.com)에 매핑
- 어떤 종류의 프록시도 설정 ❌
- 💨 cf. ExternalName 유형을 사용하려면 kube-dns 버전 1.7 또는 CoreDNS 버전 1.7 이상이 필요하다.

디플로이먼트

디플로이먼트
애플리케이션 인스턴스를 어떻게 생성하고 업데이트하는지 지시하는 역할
디플로이먼트가 만들어지면, "쿠버네티스 컨트롤 플레인" 이 해당 디플로이먼트에 포함된 애플리케이션 인스턴스가 클러스터의 개별 노드에서 실행되도록 스케줄한다.
머신의 장애나 정비에 대응할 수 있는 자동 복구(self-healing) 메커니즘을 제공
- 애플리케이션 인스턴스가 생성되면, 쿠버네티스 디플로이먼트 컨트롤러는 지속적으로 이들 인스턴스를 모니터링
- 인스턴스를 구동 중인 노드가 다운되거나 삭제되면, 디플로이먼트 컨트롤러가 인스턴스를 클러스터 내부의 다른 노드의 인스턴스로 교체
파드 하나를 배포하더라도 디플로이먼트로 배포한다.

템플릿(매니페스트)정의

YAML 문법
구성의 일반적인 구성 팁
템플릿의 요구되는 필드
- apiVersion - 이 오브젝트를 생성하기 위해 사용하고 있는 쿠버네티스 API 버전이 어떤 것인지
- kind - 어떤 종류의 오브젝트를 생성하고자 하는지
- metadata - 이름 문자열, UID, 그리고 선택적인 네임스페이스를 포함하여 오브젝트를 유일하게 구분지어 줄 데이터
- spec - 오브젝트에 대해 어떤 상태를 의도하는지
  - 오브젝트 spec 에 대한 정확한 포맷은 모든 쿠버네티스 오브젝트마다 다르고, 그 오브젝트 특유의 중첩된 필드를 포함
  - API OVERVIEW v1.23 - spec 포맷 참조
Lists of named subobjects preferred over maps
- 하나의 오브젝트인 경우 짧게 표시
파드-템플릿

리소스 할당(resource quota)

파드 및 컨테이너 리소스 관리
- 파드가 실행 중인 노드에 사용 가능한 리소스가 충분하면, 컨테이너가 해당 리소스에 지정한 request 보다 더 많은 리소스를 사용할 수 있도록 허용된다. 그러나, 컨테이너는 리소스 limit 보다 더 많은 리소스를 사용할 수는 없다.
- CPU 리소스 단위
  - 쿠버네티스에서 CPU 리소스를 1m보다 더 정밀한 단위로 표기할 수 없다. 이 때문에, CPU 단위를 1.0 또는 1000m 보다 작은 밀리 CPU 형태로 표기하는 것이 유용하다.
    - 예를 들어, 0.005 보다는 5m 으로 표기하는 것이 좋다.
- 메모리 리소스 단위

정리할 목록

PORT와 TargetPort의 관계

$ kubectl scale --current-replicas=4 --replicas=6 deployment/nginx-deployment
$ kubectl scale --replicas=6 deployment/nginx-deployment

Ingress 알아보기
ConfigMap 알아보기
- ConfigMap을 사용하도록 포드 구성
Namespace 알아보기
리밋 레인지(LimitRange) 알아보기

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네임스페이스

파드

서비스

쿠버네티스 오브젝트

오브젝트 명세(spec)와 상태(status)

오브젝트 기술하기

요구되는 필드

권장 레이블

레이블

애플리케이션과 애플리케이션 인스턴스

서비스

서비스 퍼블리싱(ServiceTypes) : 정리가 필요

Type 의 종류

디플로이먼트

템플릿(매니페스트)정의

리소스 할당(resource quota)

정리할 목록

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