[Kubernetes] 쿠버네티스 아키텍처

Kubernetes 아키텍처 이해

Kubernetes는 애플리케이션을 컨테이너화하고 이를 관리할 수 있도록 설계된 오케스트레이션 플랫폼입니다. 이 플랫폼은 클러스터 환경에서 컨테이너화된 애플리케이션의 배포, 확장, 모니터링, 유지 관리를 자동화합니다. 이번 포스팅에서는 Kubernetes 아키텍처와 그 구성 요소들에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. Kubernetes 구조 이해

Kubernetes 아키텍처는 크게 두 가지 주요 구성 요소로 나눌 수 있습니다:

• Control Plane: 클러스터 전반을 관리하고 애플리케이션을 배포하며 상태를 유지하는 역할을 합니다.
• Worker Nodes: 실제 애플리케이션이 배포되고 실행되는 물리적/가상 서버들입니다.

각각의 구성 요소는 서로 협력하여 애플리케이션이 안정적으로 실행되고 적절한 리소스를 할당받도록 보장합니다.

1.1 Control Plane 구성 요소

1. Kube-apiserver: Kubernetes의 핵심 API 서버로, 모든 구성 요소들이 상호작용할 때 거치는 중심 역할을 합니다. 클라이언트(예: kubectl)에서 요청을 받으면, 이 요청을 처리하고 필요한 작업을 실행합니다.
2. etcd: 분산형 키-값 저장소로, 클러스터 상태 데이터를 저장하고 관리합니다. 모든 클러스터 관련 정보는 etcd에 저장되며, 이는 고가용성 환경을 구성하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.
3. Kube-controller-manager: 클러스터의 상태를 유지하고 관리하는 컨트롤러들의 집합입니다. 예를 들어, 레플리카 컨트롤러는 항상 지정된 수의 파드를 유지하는 역할을 합니다.
4. Kube-scheduler: 파드를 적절한 노드에 할당하는 역할을 합니다. 스케줄러는 리소스 사용량과 가용성을 고려하여 적절한 노드를 선택합니다.
5. Cloud-controller-manager: Kubernetes 클러스터를 클라우드 환경에서 실행할 때, 클라우드 리소스와의 상호작용을 처리합니다.

1.2 Worker Node 구성 요소

1. Kubelet: 각 워커 노드에서 실행되며, 컨테이너가 원활하게 실행되도록 관리합니다. Kubelet은 apiserver로부터 받은 명령에 따라 컨테이너의 상태를 모니터링하고, 지정된 대로 실행됩니다.
2. Kube-proxy: Kubernetes 서비스와 파드 간의 네트워크 통신을 처리합니다. 각 노드에서 실행되며, 파드와 외부 세계 간의 통신이 가능하도록 지원합니다.
3. Container Runtime: Docker나 containerd와 같은 컨테이너 런타임은 실제로 컨테이너를 실행하는 역할을 합니다.

2. 애플리케이션 배포 과정

일반적인 애플리케이션의 Kubernetes 배포 과정은 다음과 같습니다:

1. 개발: 개발자가 애플리케이션 코드를 작성하고 컨테이너 이미지로 빌드합니다. Dockerfile을 작성하여 필요한 애플리케이션 환경을 정의하고, docker build 명령어를 통해 이미지를 생성합니다.

# Dockerfile 예시
FROM node:14
WORKDIR /app
COPY . .
RUN npm install
CMD ["node", "app.js"]

1. 이미지 레지스트리 업로드: 생성된 이미지를 퍼블릭 또는 프라이빗 Docker 레지스트리에 업로드합니다.

# Docker 이미지를 빌드하고 레지스트리에 푸시하는 명령
docker build -t myapp:v1 .
docker push myrepo/myapp:v1

1. Kubernetes 배포: Kubernetes 배포 파일(Pod, Deployment, Service)을 작성하여 클러스터에 배포합니다.

# Deployment YAML 예시
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: myapp-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: myapp
  template:
    metadata:
      labels:
        app: myapp
    spec:
      containers:
      - name: myapp-container
        image: myrepo/myapp:v1
        ports:
        - containerPort: 3000

1. 서비스 생성: 애플리케이션이 외부와 통신할 수 있도록 Service 객체를 생성합니다. 클러스터 내부 통신을 위한 ClusterIP 또는 외부 접속을 위한 LoadBalancer 서비스 유형을 사용할 수 있습니다.

# Service YAML 예시
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: myapp-service
spec:
  selector:
    app: myapp
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 3000
  type: LoadBalancer

1. 배포 확인 및 모니터링: kubectl 명령어를 사용하여 배포된 애플리케이션을 확인하고, 상태를 모니터링합니다.

# 파드 상태 확인
kubectl get pods

# 서비스 상태 확인
kubectl get svc

# 특정 파드의 로그 확인
kubectl logs <pod-name>

3. 실습: CNI와 네트워크 설정 (Calico)

Kubernetes 클러스터에서 네트워크 통신을 관리하기 위해 CNI(Container Network Interface)를 설정해야 합니다. Calico는 Kubernetes에서 자주 사용되는 네트워크 플러그인 중 하나로, 네트워크 정책을 설정하고 네트워크 트래픽을 관리하는 역할을 합니다.

Calico 설치

다음 명령을 통해 Kubernetes 클러스터에 Calico를 설치할 수 있습니다.

kubectl apply -f https://docs.projectcalico.org/manifests/calico.yaml

설치가 완료되면 Calico가 네트워크 트래픽을 관리하며, 클러스터 간 통신을 처리합니다.

Calico 설정 확인

Calico 설정이 제대로 동작하는지 확인하기 위해 다음 명령을 사용할 수 있습니다.

# Calico 파드 상태 확인
kubectl get pods -n kube-system | grep calico

# 네트워크 라우팅 확인
kubectl exec -n kube-system calico-node -- calicoctl ipam show

4. 컨테이너 런타임(Container Runtime)

Kubernetes는 다양한 컨테이너 런타임을 지원하며, 대표적인 런타임은 Docker와 containerd입니다. 컨테이너 런타임은 컨테이너를 실행하고 관리하는 역할을 합니다. Kubernetes는 CRI (Container Runtime Interface)를 통해 런타임과 상호작용하며, gRPC 프로토콜을 사용하여 컨테이너를 시작, 중지 및 관리합니다.

런타임 동작 확인

Kubernetes에서 실행 중인 컨테이너 런타임을 확인하려면 다음 명령을 사용할 수 있습니다.

# containerd 동작 확인
pstree | grep containerd

# 파드가 containerd에서 어떻게 관리되고 있는지 확인
kubectl get pods -o wide