쿠버네티스 패턴 - 5장 수명주기 관리

오정재·2021년 4월 26일

Design Pattern kubernetes 디자인 패턴 쿠버네티스

쿠버네티스 패턴

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👉 수명주기 관리

클라우드 네이티브 플랫폼에서 컨테이너화 된 어플리케이션을 잘 관리하기 위해서는
관리 플랫폼에서 생성되는 이벤트를 통해서 어플리케이션의 수명 주기를 조절해야합니다.

수명 주기 패턴은 쿠버네티스에서 사용하는 파드와 컨테이너의 수명주기를 파악하고
어떻게 관리하는지에 대해 설명합니다.

🍏 문제점

쿠버네티스 패턴 - 4장 정상상태 점검을 통해서 쿠버네티스가 어떻게 컨테이너에 대한 상태를 파악하는지에 대해 설명하였습니다.
또한 Container Probe를 통해서 컨테이너에 대한 조치까지 알아보았습니다.

하지만 파드가 시작할 때 Probe로 상태를 확인하는 것 뿐만아니라 특정 커맨드 작업을 수행해야할 수 도 있므며, 컨테이너에 대한 Probe가 실패할 경우 컨테이너가 정상적으로 종료하기 위한 작업이 필요할 수 있습니다.

클라우드 네이티브 플랫폼에서는 컨테이너화된 어플리케이션을 특정 이벤트로 관리할 수 있어야 하며, 이를 통해서 수명주기를 관리할 수 있어야 합니다.

🍏 해결책

쿠버네티스는 컨테이너화된 어플리케이션을 관리하기 위해 Lifecycle을 나누어 단계를 구분하고 특정 이벤트를 호출합니다.
이를 위해 관리하는 기본적인 단위는 파드이며, 컨테이너들의 집합이라고 할 수 있습니다.

👍 따라서 파드와 컨테이너의 Lifecycle을 파악하여 언제 무엇이 실행되고 언제 어떻게 종료되는지 알아야합니다.

이를 위해서 가장 먼저 파드와 컨테이너의 상태를 알아보도록 하겠습니다.

Pod's phase

Pod는 총 5가지의 단계를 가지고 있습니다.
이 단계는 kubectl get pod 로 알 수 있으며 파드의 상태를 파악할 수 있습니다.

1) pending

API 서버가 Pod의 Resource를 생성하여 etcd에 저장 완료
아직 Pod가 Schedule 되지 않았거나, 컨테이너 이미지 다운로드가 완료되지 않은 상태

2) Running

Pod가 Node에 Schedule 완료
kubelet에 의해 모든 컨테이너 생성 완료
적어도 하나의 컨테이너가 실행 중이거나, 시작 또는 재시작 중에 있음

3) Succeeded

Pod의 모든 컨테이너가 성공적으로 종료
Pod의 모든 컨테이너가 재시작 되지 않음

4) Failed

Pod의 모든 컨테이너가 종료되었으며, 적어도 하나 이상이 실패로 종료
실패한 컨테이너는 non-zero 상태로 나왔거나, 시스템에 의해서 종료 되었음

5) Unknwon

파드의 상태를 알 수 없는 경우
일반적으로 kubelet과 통신하는 중 오류가 발생하여 API Server에서 Pod의 상태를 쿼리할 수 없는 경우가 많음

👌 Terminating : 해당 상태는 Pod의 단계로 포함하지 않으며, gracefully 종료 중임을 나타냅니다.
이를 위해 시간이 부여되며 기본값은 30초입니다. 강제로 파드를 종료하려면 --force 플래그를 설정하면 됩니다.

Container Status

파드의 단계를 알았다면 내부적으로 컨테이너가 어떤 상태인지 알아야합니다.
컨테이너의 상태를 알기 위해서는 kubectl describe pods 를 통해서 파악할 수 있습니다.

1) Wating

Running or Terminated 가 아니면 Watining 상태
컨테이너의 시작을 완료하는 데 필요한 작업을 진행하는 상태
예시로 컨테이너 이미지를 다운로드 중이거나, Secret 데이터를 적용하는 작업이 있음
kubectl 을 통해서 파드를 쿼리할 때 Wating 상태인 경우 이유를 요약하는 Reason 필드도 표시

2) Running

컨테이너가 문제없이 실행되고 있음을 나타냄
kubectl 을 통해서 파드를 쿼리할 때 Running 상태에 진입한 시기를 볼 수 있음

3) Terminated

컨테이너가 실행을 시작한 후 완료되었거나, 어떤 이유로 실패한 상태를 나타냄
kubectl 을 통해서 파드를 쿼리할 때 종료 이유 및 종료 코드와 컨테이너의 시작과 종료 시간이 표시됨

Container Lifecycle Hook

쿠버네티스도 컴포넌트 Lifecycle Hook을 가진 프로그래밍 언어 프레임워크와 같이 Lifecycle Hook을 제공합니다.
특히 Hook은 Pod의 Lifecycle 과정에 포함되므로 이 글에서 같이 설명하도록 하겠습니다.

1) Hook Handler

Probe와 같이 Container Lifecycle Hook을 위한 Handler가 존재합니다.
Hook Handler는 두 가지가 있으며 다음 yaml을 통해서 보겠습니다.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: lifecycle-demo
spec:
  containers:
  - name: lifecycle-demo-container
    image: nginx
    lifecycle:
      postStart:
        httpGet:
          port: 8080
          path: /postStart
      preStop:
        exec:
          command: ["/bin/sh","-c","nginx -s quit; while killall -0 nginx; do sleep 1; done"]

httpGet
컨테이너의 특정 엔드포인트에 대해서 HTTP 요청을 실행합니다.
해당 예시에서는 컨테이너 IP:8080/postStart 로 HTTP 요청을 실행합니다.

exec
컨테이너의 cgroups와 namespace 안에서, 특정 커맨드를 실행합니다.
해당 예시에서는 컨테이너 내에서 /bin/sh -c nginx -s quit; while killall -0 nginx; do sleep 1; done 을 실행합니다.

2) postStart Hook

개념

컨테이너가 생성된 직후에 실행되는 Hook 으로 메인 컨테이너와 Async 로 실행됨
Blocking call이며 완료될 때까지는 컨테이너 상태가 Wating 이며, Pod는 Pending 상태

사용

컨테이너 프로세스의 초기화 시간을 벌기 위해 컨테이너의 시작 상태를 지연시키는 데 사용
파드가 어떤 전제조건을 충족하지 못했을 때 컨테이너가 시작되지 않도록 하기 위해 사용

주의 사항

Entrypoint 와 Async 로 동작하며, 파라미터가 Handler에 전달되지 않음

3) preStop Hook

개념

컨테이너가 종료되기 직전에 실행되는 Hook
Blocking call이며 Liveness Probe 실패, 선점, 자원 경합의 요인으로 종료될 때 실행

사용

데이터베이스 및 WebSocket 연결 중지, 현재 상태 저장 등을 수행하여 깨끗하게 종료 될 수 있도록 할 때 사용

주의 사항

컨테이너의 상태가 Terminated or Completed 상태인 경우 preStop Hook은 실패 함
SIGTERM 과 Async 로 동작하지 않으며, terminationGracePeriodSeconds 가 만료된 후 SIGKILL 을 통해 종료함

4) Hook delivery guarantees

Hook Delivery는 한 번 이상으로 의도되어 있어 여러 번 호출 될 수 있음
일반적으로 한번이지만 Hook을 전송하는 도중에 kubelet이 재시작되는 경우와 같이 재전송 될 가능성이 있음

Activation lifecycle

컨테이너를 안전하게 시작하기 위해서 Activation lifecycle을 알아야합니다.
다음 단계를 통해서 설명하도록 하겠습니다.

1) Init Container

파드가 Schedule 된 후 어플리케이션 컨테이너들이 실행되기 전에 실행되는 특수한 컨테이너
어플리케이션 이미지에 없는 유틸리티 또는 설정 스크립트를 포함할 수 있음
항상 완료되는 것을 목표로 실행되며, 성공적으로 완료되지 못하면 반복적으로 재시작함

👌 Init Container는 쿠버네티스 패턴 - 14장 초기화 컨테이너 에서 자세하게 설명할 예정입니다.

2) Container start & postStart Hook

Init Container가 완료되면 어플리케이션 컨테이너가 실행됨
이때 메인 컨테이너와 postStart Hook은 동시에 Async로 실행됨
메인 컨테이너가 잘 실행되어도 postStart Hook이 완료되지 않으면 컨테이너 상태가 Wating 이며, Pod는 Pending 상태

Termination lifecycle

컨테이너를 안전하게 종료하기 위해서 Termination lifecycle을 알아야합니다.
다음 단계를 통해서 설명하도록 하겠습니다.

1) Start terminating

Pod의 State를 Terminating 으로 바꿈
Endpoint list에서 Pod를 제거하여 새로운 traffic 차단
컨테이너는 여전히 Pod 내에서 실행 중인 상태

2) Grace Period

Gracefully Termination을 위해 기본적으로 30초를 기다림
preStop Hook, SIGTERM signal과 병렬적으로 수행되어 끝나지 않아도, 시간이 지나면 SIGKILL signal 발생
Pod yaml에서 TerminationGracePeriodSeconds 옵션을 설정하여 변경 가능