쿠버네티스 개념 및 용어 정리

쿠버네티스를 이해하기 위해 클러스터, 노드 수준의 큰 그림부터 시작해서 pod, service, ingress 등의 개념까지 짧게 정리했다. 돌아가는 수준으로 이해하기는 쉽지만 역시 잘 쓰기 위해서는 알야할 개념들이 훠어어얼씬 많다.

마스터 / 노드

쿠버네티스의 각종 개념들은 결국 노드에서 실행되는데 역할에 따라 마스터와 노드로 나뉜다.

마스터 (control plane)

쿠버네티스 클러스터를 관리해서 요구조건에 맞는 상태가 유지되도록 한다.

kube-apiserver

마스터의 프론트엔드로 모든 요청을 받아 해석하고 아래 컴포넌트들과 유기적으로 동작한다.
예를 들어 pod 생성 요청이 온 경우
1. 요청 문법을 검사한다.
2. etcd에서 노드 상태를 가져다가 scheduler에게 어떤 노드에 띄울지 물어본다.
3. 어디에 띄울지 정보를 받은 후 해당 노드의 kubelet에게 실행 명령을 전달한다.
4. 해당 노드의 kubelet가 컨테이너 실행을 명령한다.

etcd

워커노드 kubelet에서 보낸 노드 상태를 고가용성을 보장하며 key-value로 저장한다.

kube-controller-manager

노드, pod, service 등을 모니터링하여 요구된 명세와 현재 상태가 같도록 유지시킨다.

kube-scheduler

노드 상태(hw/sw, 리소스, 요구 사항 등)를 확인해서 pod를 어떤 노드에 띄울지 선택한다.

노드

kubelet

노드에 배포되는 agent
pod에 container가 동작하도록 관리한다.
cAdvisor가 탑재되어 노드 리소스를 수집하고, 이 정보를 마스터 노드 apiserver에 보낸다.

kube-proxy

아래 설명할 service를 구현한 프록시로 노드로 들어오는 트래픽을 적절한 컨테이너로 라우팅한다.

container runtime

pod에 배포된 컨테이너를 실행하는 런타임
도커 외에 rkt, hyper container 등 런타임이 있다.

이렇게 마스터 / 노드 장비가 준비되었으면 서비스를 돌리기 위한 최소한의 단위인 pod을 만들어서 쿠버네티스에 올릴 준비가 완료됐다.

Pod

nginx-pod.yaml 파일 생성

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
  labels:
    run: nginx-pod
spec:
  containers:
  - image: nginx
    name: nginx
    ports:
    - containerPort: 80

실행

$ kubectl create -f nginx-pod.yaml

pod 내부는 container 여러 개로 구성된다.

각 container는 localhost로 통신 가능하다.
pod 기동 시 디폴트로 생성되는 볼륨은 재기동시 사라진다. persistent volume으로 pod 생명주기를 넘어 유지시킬 수 있다.
디스크 볼륨 공유하기 때문에 사이드카 패턴으로 로그 수집, 모니터링 할 수 있다.

kind: Pod으로 단일 pod을 생성할 수 있지만 고가용성과 scale out을 위해 여러 pod을 안정적으로 제공하기에는 부족하다. 여러 pod 묶음을 안정적으로 유지시키는 컨트롤러 개념이 등장한다.

컨트롤러

replication controller

지정된 숫자로 pod이 떠있도록 관찰하고 유지한다.
replica / selector / pod template을 명시한다.
template에서 pod 배포 명세와 같은 템플릿을 작성한다.

replica set

apiVersion이 v1에서 apps/v1으로 변경된다.
replication controller에 풍부한 selector 기능이 추가된다.
- matchLabels(기존 selector)
- matchExpressions: In, NotIn, Exists, DoNotExist 등의 operator를 사용할 수 있다.

deployment

repelica set에 배포 전략이 추가된다.
새로운 replica set을 생성하고 두 replica set의 replica 개수를 조절하면서 배포한다.
kubectl rollout undo revision을 지정하면 롤백된다.
nginx-deployment.yaml 파일 생성

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
  matchLabels:
    app: nginx-pod
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx-pod
    spec:
      containers:
      - image: nginx
        name: nginx
        ports:
        - containerPort: 80

실행

$ kubectl create -f nginx-deployment.yaml

daemon set

모든 노드 또는 라벨 지정한 노드에 pod를 하나씩 띄우는 컨트롤러
로그 수집, 모니터링 등에 쓴다.

job

한번 실행되고 죽는 워크로드
실패하면 재시도할지, 몇 번 반복할지, 병렬로 실행할지 옵션

cron job

cron + job
concurrencyPolicy로 동시에 실행 가능 여부를 설정한다.

stateful set

pod 이름 보장한다.

이렇게 컨트롤러를 통해 여러 개의 pod가 떠있도록 보장했다. 이제 이렇게 보장된 pod들에 요청하기 위해 단일 진입점을 만들어야 한다.

Service

nginx-service.yaml 파일 생성

apiVersion: v1
kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: nginx-service
spec:
  selector:
    app: nginx-pod
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 80

실행

$ kubectl create -f nginx-service.yaml

service는 여러 pod을 묶어서 앞단에 로드밸런서를 배치하여 하나의 virtual ip를 제공한다. pod가 추가/제거되거나 재기동되어 ip가 변경되어도 service가 pod ip 정보를 수집해서 갱신한다. 타겟이 되는 pod는 label selector로 지정한다.

service type

cluster ip

클러스터 내부에서만 사용 가능한 내부 ip를 생성한다.

node port

clusterIp 기능을 포함한다.
모든 노드에 port(30000-32768)가 추가되어 노드로 직접 접근 가능하고, 이를 다시 로드밸런싱 한다.

load balancer

node port 기능을 포함한다.
provider에서 제공하는 l4 로드밸런서가 생성되고 외부에서 접근 가능한 external ip 제공한다.

external name

위 타입과 전혀 다른 기능이다.
내부에서 외부로 나갈 수 있는 dns 기능으로 servicename 도메인을 원하는 도메인으로 포워딩한다.

headless service

실제로 type으로 명시되는 건 아니고 clusterIp: None으로 생성된 서비스를 칭한다.
pod endpoint들을 모아서 coreDns까지 저장한다.

이렇게 단일 진입점까지 만들었으니 안정적으로 서비스를 돌릴 수 있다. 그렇지만 애플리케이션이 커져서 컴포넌트가 늘어가면 이에 따라 서비스도 늘어나게 된다. 여러 서비스 앞단에 로드밸런서를 두어 이를 해결할 수 있다. 이를 쿠버네티스에서는 ingress라고 부른다.

Ingress

l7 로드밸런싱으로 url path 기반으로 라우팅 한다. path별로 service name을 지정하고, 기본값으로 연결할 수도 있다.

여러 서비스들과 연결되는 로드 밸런스인 만큼 각 서비스 별로 health check 가 필요한데, 이 health check api는 pod 정의하는 곳에서 containers[].readinessProbe.httpGet 으로 정의한다.

nginx-ingress.yaml 파일 생성

apiVersion: networking.k8s.io/v1
kind: Ingress
metadata:
  name: nginx-ingress
spec:
  defaultBackend:
    service:
      name: nginx-service
      port:
        number: 80

실행

$ kubectl create -f nginx-ingress.yaml

기본으로 연결된 서비스밖에 정의하지 않았지만 서비스별로 prefix를 나누어 아래와 같이 하나의 ingress controller로 전체 서비스를 운영할 수 있다.

OHGYM