[Kubernetes] 쿠버네티스란

쿠버네티스란

쿠버네티스는 컨테이너화된 워크로드와 서비스를 관리하기 위한 이식성이 있고, 확장가능한 오픈소스 플랫폼입니다. 쿠버네티스는 선언적 구성과 자동화를 모두 용이하게 해줍니다.

쿠버네티스는 k8s라고도 표기합니다.

• k와 s 사이에 있는 8글자를 나타내는 약식 표기

쿠버네티스가 왜 유용한가

쿠버네티스의 유용함은 배포가 어떻게 변경되었는지를 설명을 하면 쉽게 와닿습니다.

배포 역사

전통적인 배포

초기 조직은 애플리케이션을 물리 서버에서 실행했습니다. 한 물리 서버에서 여러 애플리케이션의 리소스 한계를 정의할 방법이 없었기에, 리소스 할당의 문제가 발생했습니다. 예를 들어 물리 서버 하나에서 여러 애플리케이션을 실행하면 리소스 전부를 차지하는 애플리케이션 인스턴스가 있을 수 있어서 다른 애플리케이션의 성능이 저하될 수 있었습니다. 이에 대한 해결책은 서로 다른 여러 물리 서버에서 각 애플리케이션을 실행하는 것이 있지만 이는 리소스가 충분히 활용되지 않는다는 점에서 확장 가능하지 않았으므로 물리 서버를 많이 유지하기 위해선 많은 비용이 들었습니다.

가상화 배포

전통적인 배포의 해결책으로 가상화가 도입되었습니다. 단일 물리 서버의 CPU에서 여러 가상 시스템(VM)을 실행할 수 있게 합니다. 가상화를 사용하면 VM간에 애플리케이션을 격리하고 애플리케이션의 정보를 다른 애플리케이션에서 자유롭게 액세스 할 수 없으므로 일정 수준의 보안성을 제공할 수 있습니다.

가상화를 사용하면 물리 서버에서 리소스를 보다 효율적으로 활용할 수 있으며, 쉽게 애플리케이션을 추가하거나 업데이트할 수 있고 하드웨어 비용을 절감할 수 있어 더 나은 확장성을 제공합니다. 가상화를 통해 일련의 물리 리소스를 폐기 가능한(disposable) 가상 머신으로 구성된 클러스터로 만들 수 있습니다.

각 VM은 가상화된 하드웨어 상에서 자체 운영체제를 포함한 모든 구성 요소를 실행하는 하나의 완전한 머신입니다.

컨테이너 배포

컨테이너는 VM과 유사하지만 격리 속성을 완화하여 애플리케이션 간에 운영체제(OS)를 공유합니다. 그러므로 컨테이너는 가볍다고 여겨집니다. VM과 마찬가지로 컨테이너에는 자체 파일 시스템, CPU 점유율, 메모리, 프로세스 공간 등이 있습니다. 기본 인프라와의 종속성을 끊었기 때문에, 클라우드나 OS 배포본에 모두 이식할 수 있습니다.

컨테이너는 다음과 같은 추가적인 혜택을 제공하기 때문에 인기가 있습니다.

• 기민한 애플리케이션 생성과 배포
  • VM 이미지를 사용하는 것에 비해 컨테이너 이미지 생성이 보다 쉽고 효율적임
• 지속적인 개발, 통합 및 배포
  • 안정적이고 주기적으로 컨테이너 이미지를 빌드해서 배포할 수 있고 (이미지의 불변성 덕에) 빠르고 효율적으로 롤백할 수 있
• 개발과 운영의 관심사 분리
  • 배포 시점이 아닌 빌드/릴리스 시점에 애플리케이션 컨테이너 이미지를 만들기 때문에, 애플리케이션이 인프라스트럭처에서 분리됨
• 가시성(observability)
  • OS 수준의 정보와 메트릭에 머무르지 않고, 애플리케이션의 헬스와 그 밖의 시그널을 볼 수 있음
• 개발, 테스팅 및 운영 환경에 걸친 일관성
  • 랩탑에서도 클라우드에서와 동일하게 구동됨
• 클라우드 및 OS 배포판 간 이식성
  • Ubuntu, RHEL, CoreOS, 온-프레미스, 주요 퍼블릭 클라우드와 어디에서든 구동됨
• 애플리케이션 중심 관리
  • 가상 하드웨어 상에서 OS를 실행하는 수준에서 논리적인 리소스를 사용하는 OS 상에서 애플리케이션을 실행하는 수준으로 추상화 수준이 높아짐
• 느슨하게 커플되고, 분산되고, 유연하며, 자유로운 마이크로서비스
  • 애플리케이션은 단일 목적의 머신에서 모놀리식 스택으로 구동되지 않고 보다 작고 독립적인 단위로 쪼개져서 동적으로 배포되고 관리될 수 있음
• 리소스 격리
  • 애플리케이션 성능을 예측할 수 있음
• 리소스 사용량
  • 고효율 고집적

쿠버네티스 필요성

컨테이너는 애플리케이션을 포장하고 실행하는 좋은 방법입니다. 프로덕션 환경에서는 애플리케이션을 실행하는 컨테이너를 관리하고 가동 중지 시간이 없는지 확인해야 합니다. 예를 들어 컨테이너가 다운되면 다른 컨테이너를 다시 시작해야 합니다. 이러한 문제를 시스템에 의해 처리한다면 더 쉽지 않을까 라는 의문을 쿠버네티스가 해결하고 있습니다.

쿠버네티스는 분산 시스템을 탄력적으로 실행하기 위한 프레임워크를 제공합니다. 애플리케이션의 확장과 장애 조치를 처리하고 배포 패턴 등을 제공합니다. 예를 들어, 쿠버네티스는 시스템의 카나리아 배포를 쉽게 관리 할 수 있습니다.

• 서비스 디스커버리와 로드 밸런싱
  • 쿠버네티스는 DNS 이름을 사용하거나 자체 IP 주소를 사용하여 컨테이너를 노출할 수 있습니다. 컨테이너에 대한 트래픽이 많으면 쿠버네티스는 네트워크 트래픽을 로드밸런싱하고 배포하여 배포가 안정적으로 이루어질 수 있습니다.
• 스토리지 오케스트레이션
  • 쿠버네티스를 사용하면 로컬 저장소, 공용 클라우드 공급자 등과 같이 원하는 저장소 시스템을 자동으로 탑재 할 수 있습니다.
• 자동화된 롤아웃과 롤백
  • 쿠버네티스를 사용하여 배포된 컨테이너의 원하는 상태를 서술할 수 있으며 현재 상태를 원하는 상태로 설정한 속도에 따라 변경할 수 있습니다. 예를 들어 쿠버네티스를 자동화해서 배포용 새 컨테이너를 만들고, 기존 컨테이너를 제거하고, 모든 리소스를 새 컨테이너에 적용할 수 있습니다.
• 자동화된 빈 패킹(bin packing)
  • 컨테이너화된 작업을 실행하는데 사용할 수 있는 쿠버네티스 클러스터 노드를 제공합니다. 각 컨테이너가 필요로 하는 CPU와 메모리(RAM)를 쿠버네티스에게 지시합니다. 쿠버네티스는 컨테이너를 노드에 맞추어서 리소스를 가장 잘 사용할 수 있도록 해줍니다.
• 자동화된 복구(self-healing)
  • 쿠버네티스는 실패한 컨테이너를 다시 시작하고 컨테이너를 교체하며 사용자 정의 상태 검사에 응답하지 않는 컨테이너를 죽이고, 서비스 준비가 끝날 때까지 그러한 과정을 클라이언트에 보여주지 않습니다.
• 시크릿과 구성 관리
  • 쿠버네티스를 사용하면 암호, OAuth 토큰 및 SSH 키와 같은 중요한 정보를 저장하고 관리 할 수 있습니다. 컨테이너 이미지를 재구성하지 않고 스택 구성에 시크릿을 노출하지 않고도 시크릿 및 애플리케이션 구성을 배포 및 업데이트 할 수 있습니다.

다음은 쿠버네티스에 대한 자세한 특징입니다.

• 지원하는 애플리케이션의 유형을 제약하지 않음
  • 쿠버네티스는 상태 유지가 필요 없는(stateless) 워크로드, 상태 유지가 필요한(stateful) 워크로드, 데이터 처리를 위한 워크로드를 포함해서 극단적으로 다양한 워크로드를 지원하는 것을 목표로 합니다. 애플리케이션이 컨테이너에서 구동될 수 있다면, 쿠버네티스에서도 잘 동작할 것입니다.
• 소스 코드를 배포하지 않으며 애플리케이션을 빌드하지 않음
  • 지속적인 통합과 전달과 배포, 곧 CI/CD 워크플로우는 조직 문화와 취향에 따를 뿐만 아니라 기술적인 요구사항으로 결정됩니다.
• 애플리케이션 레벨의 서비스를 제공하지 않음
  • 애플리케이션 레벨의 서비스에는 미들웨어(예, 메시지 버스), 데이터 처리 프레임워크(예, Spark), 데이터베이스(예, MySQL), 캐시 또는 클러스터 스토리지 시스템(예, Ceph) 등이 있습니다. 이런 컴포넌트는 쿠버네티스 상에서 구동될 수 있고, 쿠버네티스 상에서 구동 중인 애플리케이션이 Open Service Broker 와 같은 이식 가능한 메커니즘을 통해 접근할 수도 있습니다.
• 로깅, 모니터링 또는 경보 솔루션을 포함하지 않음
  • 개념 증명을 위한 일부 통합이나, 메트릭을 수집하고 노출하는 메커니즘을 제공합니다.
• 기본 설정 언어/시스템(예, Jsonnet)을 제공하거나 요구하지 않음
  • 선언적 명세의 임의적인 형식을 목적으로 하는 선언적 API를 제공합니다.
• 포괄적인 머신 설정, 유지보수, 관리, 자동 복구 시스템을 제공하거나 채택하지 않음
• 쿠버네티스는 단순한 오케스트레이션 시스템이 아님
  • 쿠버네티스는 오케스트레이션의 필요성을 없애준다. 오케스트레이션의 기술적인 정의는 A를 먼저 한 다음, B를 하고, C를 하는 것과 같이 정의된 워크플로우를 수행하는 것입니다. 반면 쿠버네티스는 독립적이고 조합 가능한 제어 프로세스들로 구성되어 있습니다. 이 프로세스는 지속적으로 현재 상태를 입력받은 의도한 상태로 나아가도록 합니다. 쿠버네티스는 A에서 C로 어떻게 갔는지는 상관이 없고 중앙화된 제어도 필요하지 않습니다. 이로써 시스템이 더 사용하기 쉬워지고 강력해지며 견고하고 회복력을 갖추게 되며 확장 가능해집니다.

레퍼런스

https://kubernetes.io/ko/docs/concepts/overview/