kubernetes 기본 개념정리와 구성 알아보기 (설치 포함)

docker를 사용하면서 그 편리함을 느끼고 있었다. 그리고 요 근래 it회사에서 docker와 kubernets를 이용하여 인프라를 운영을 하는 것을 많이 들었다.

나는 그런 환경을 접해보지는 못했기 때문에 정확하게 kuberntes가 무엇인지 잘 모른다. 그래서 이번 기회에 kubernets(이하 쿠버네티스)에 대한 기본 개념을 정리하고 설치해서 공부를 위한 초석을 닦아보자.

 

쿠버네티스 (kubernetes)

쿠버네티스는 도커 컨테이너 운영을 자동화 하기위한 오케스트레이션 도구이다. 구글에서 만들었으며 컨테이너를 운영하고 다루기 위한 api와 cli등을 제공한다. 컨테이너 배포 이외에도 효율적인 컨테이너 배치 및 스케일링, 로드밸런싱, 헬스 체크, secure등의 기능을 제공한다.

AWS ECS 와 GClound에서 도커 관리 기능을 제공하면서 컨테이너를 사용한 애플리케이션 개발이 점차 보급 되었다.  기존에도 docker에 스웜(swarm)이라는 기능이 있었으나 사용해 봤을 때 불편한 점이 많았는데 쿠버네티스가 더 편리하게 이 점이 보완되었다. 

 

쿠버네티스 설치 (MacOs)

실습을 진행할 컴퓨터가 mac os이기 때문에 mac에서 설치하는 방법을 알아보자. 우선 docker에서 preference에 들어가면 kubernetes 탭이 존재한다. 여기서 아래와 같이 체크하고 Apply를 누르면 설정이 우선 완료된다.

그리고 cli로 쿠버네티스를 다루기 위한 도구인 kubectl을 설치한다.

curl -LO https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/$(curl -s https://storage.googleapis.com/kubernetes-release/release/stable.txt)/bin/darwin/amd64/kubectl
chmod +x kubectl
mv kubectl /usr/local/bin

위에 명령어를 통해 kubectl을 명령어로 등록해주는데 자세한 방법은 홈페이지에 잘 나와있다.

https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/install-kubectl/

설치가 완료된 후 버전을 확인해보면 출력되면 정상적으로 설치가 된 것 이다.

 

단일 노드 쿠버네티스 클러스터 Minikube 설치

쿠버네티스 클러스터에는 여러 노드들이 존재하지만 실습을 위해서 단일 노드로 되어 있는 Minikube를 설치해서 사용한다. 맥 기준으로 brew로 설치하면 되고 자세한 방법은 아래를 참조하면 된다.

brew cask install minikube

https://kubernetes.io/ko/docs/tasks/tools/install-minikube/

 

쿠버네티스 구성요소

쿠버네티스로 실행되는 애플리케이션은 노드, 네임스페이스, 파드, 레플리카세트, 디플로이먼트 등 다양한 리소스가 함께 연동해 동작한다. 

그 구성 요소들에 대해 간단하게 정리해보자.

1. 노드

-> 노드는 쿠버네티스 클러스터의 관리 대상으로 등록된 도커 호스트로 컨테이너가 배치되는 대상이다. 노드는 마스터와 일반 노드들로 구성되는데 쿠버네티스 클러스터 전체를 관리하는 서버에는 마스터가 적어도 하나 이상 있어야 한다. 마스터는 클러스터를 상호 조정하는 장치이고 노드는 애플리케이션이 실제로 돌아가는 곳이다. 노드에는 여러 파드들이 위치할 수 있고 그 파드에는 컨테이너들이 존재한다.

구글 이미지 출처

또한 쿠버네티스는 노드의 리소스 사용 현황 및 배치 전략을 근거로 컨테이너를 적절하게 배치한다. 클러스터에 배치된 노드 수, 노드의 사양 등에 따라서 노드에 배치할 수 있는 컨테이너의 수를 결정한다. 클러스터의 처리 능력은 노드에 의해서 결정된다.

kubectl get nodes

 

 현재 노드는 아까 설치한 단일 노드 Minikubes가 마스터로 위치해 있는 걸 볼 수 있다.

 

2. 네임스페이스

쿠버네티스 클러스터 내부에는 여러개의 가상 클러스터를 만들 수 있는데 이 네임스페이스는 하나의 공간으로써 사람또는 상황에 따라서 나눠서 사용할 수 있다. 기본적으로는 default로 되어있다.

 

3. 파드 (pod)

 pod는 컨테이너가 모인 집합체로써 하나 이상의 컨테이너로 이루어 진다. nginx, was처럼 서로간의 연결고리가 있는 컨테이너들은 하나로 묶어 일괄배포한다. pod는 노드내에 배치되고 같은 파드는 여러 노드에 배치할 수도 있고 한 노드에 여러개 배치할 수도 있다. pod는 하나 또는 그 이상의 애플리케이션 컨테이너 그룹을 나타내는 쿠버네티스의 추상적 개념으로 컨테이너에 대해 서로 자원을 공유한다.

• 볼륨과 같은 공유 스토리지
• 클러스터 IP 주소와 같은 네트워킹
• 컨테이너 이미지 버전 또는 사용할 특정포트와 같은 각 컨테이너가 동작하는 방식에 대한 정보

 

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: sample-echo
spec:
  containers:
  - name: nginx
    image: ddd/nginx:latest
    env:
    - name: BACKEND_HOST
      value: localhost:8080
    ports:
    - containerPort: 80
  - name: echo
    image: dd/echo:latest
    ports:
    - containerPort: 8080
    
 # 파드 yaml 예제

 

4. 레플리카 세트

파드를 하나만 사용하여 가동할 경우에 실제 가용성이 떨어지기 때문에 레플리카 세트를 만들어서 여러 파드를 함께 구성해준 것이다.

apiVersion: apps/v1
kind: ReplicaSet
metadata:
  name: echo
  labels:
    app: echo
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: echo
  template: # template하단은 pad.yaml과 같음

 

5. 서비스 (servce, svc)

서비스를 이용해서 각 Pod에 있는 애플리케이션을 외부에서 접근하게 할 수있다.

쿠버네티스에서 서비스는 하나의 논리적인 파드 셋과 그 파드들에 대한 접근할 수 있는 정책을 정의하는 추상적인 개념이다. 서비스는 종속적인 파드들 사이를 느슨하게 결합되도록 도와준다. 서비스는 모든 쿠버네티스 오브젝트들과 같이 yaml로써 정의 할 수있다. 각 서비스가 되는 대상을 labelSelector를 통해 지정할 수 있다.

각 파드들이 고유의 IP를 갖고 있기는 하지만, 그 IP들은 서비스의 도움없이 클러스터의 외부로 노출될 수 없다. 서비스들은 애플리케이션들에 트래픽이 실릴 수 있도록 허용해준다. 서비스들은 ServiceSpec에서 type을 지정함으로써 다양한 방식들로 노출시킬 수 있다.

clusterIp(기본값) - 클러스터 내에서 내부 IP에 대해 서비스를 노출해준다. 이 방식은 오직 클러스터 내에서만 서비스가 접근될 수 있도록 해준다.

NodePort - NAT가 이용되는 클러스터 내에서 각각 선택된 노드들의 동일한 포트에 서비스를 노출시켜준다.
<NodeIP>:<NodePort>를 이용하여 클러스터 외부로부터 서비스가 접근할 수 있도록 해준다. CluserIP의 상위 집합이다.

LoadBalancer - (지원 가능한 경우) 기존 클라우드에서 외부용 로드밸런서를 생성하고 서비스에 고정된 공인 IP를 할당해준다. NodePort의 상위 집합이다.

ExternalName - 이름으로 CNAME 레코드를 반환함으로써 임의의 이름(스펙에서 externalName으로 명시)을 이용하여 서비스를 노출시켜준다. 프록시는 사용되지 않는다. 이 방식은 kube-dns 버전 1.7 이상에서 지원 가능하다.

 

6. 디플로이먼트 (deployment)

서비스, 파드, 레플리카세트의 집합체로써 애플리케이션의 기초가 되는 단위이다. 디플로이먼트 내부에는 서비스, 파드, 레플리카세트 등을 한번에 구성하여 적용 시킬 수 있다.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: echo
  labels:
    app: echo
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels
      app: echo
  template: # template는 pod와 동일

 

서비스와 디플로이먼트에 차이는 서비스는 내부에 여러 pod들을 외부와 연결해주는 역할을 담당하고 디플로이먼트는 쿠버네티스에서 돌아가는 pod들의 상태를 확인하면서 재시작 등등을 진행하는 담당을 한다.

다음 시간에는 실제 애플리케이션 하나를 이미지로 빌드하고 그것을 minikube에 디플로이먼트를 통해 파드로 배포를 진행해본다. 그리고 스케일적용과 이미지 변경 시 자동으로 새로 배포되는 블루그린 배포도 적용해보자.

 

참고 싸이트

https://kubernetes.io/ko/docs/tasks/administer-cluster/highly-available-master/
https://kubernetes.io/ko/docs/tutorials/kubernetes-basics/deploy-app/deploy-intro/
https://kubernetes.io/ko/docs/concepts/overview/working-with-objects/labels/
https://devopscube.com/kubernetes-deployment-tutorial/