2023.05.18(쿠버네티스)

쿠버네티스란 무엇인가?

이 페이지에서는 쿠버네티스 개요를 설명한다.

쿠버네티스는 컨테이너화된 워크로드와 서비스를 관리하기 위한 이식성이 있고, 확장가능한 오픈소스 플랫폼이다. 쿠버네티스는 선언적 구성과 자동화를 모두 용이하게 해준다. 쿠버네티스는 크고, 빠르게 성장하는 생태계를 가지고 있다. 쿠버네티스 서비스, 기술 지원 및 도구는 어디서나 쉽게 이용할 수 있다.

쿠버네티스란 명칭은 키잡이(helmsman)나 파일럿을 뜻하는 그리스어에서 유래했다. K8s라는 표기는 "K"와 "s"와 그 사이에 있는 8글자를 나타내는 약식 표기이다. 구글이 2014년에 쿠버네티스 프로젝트를 오픈소스화했다. 쿠버네티스는 프로덕션 워크로드를 대규모로 운영하는 15년 이상의 구글 경험과 커뮤니티의 최고의 아이디어와 적용 사례가 결합되어 있다.

여정 돌아보기

시간이 지나면서 쿠버네티스가 왜 유용하게 되었는지 살펴보자.

전통적인 배포 시대: 초기 조직은 애플리케이션을 물리 서버에서 실행했었다. 한 물리 서버에서 여러 애플리케이션의 리소스 한계를 정의할 방법이 없었기에, 리소스 할당의 문제가 발생했다. 예를 들어 물리 서버 하나에서 여러 애플리케이션을 실행하면, 리소스 전부를 차지하는 애플리케이션 인스턴스가 있을 수 있고, 결과적으로는 다른 애플리케이션의 성능이 저하될 수 있었다. 이에 대한 해결책은 서로 다른 여러 물리 서버에서 각 애플리케이션을 실행하는 것이 있다. 그러나 이는 리소스가 충분히 활용되지 않는다는 점에서 확장 가능하지 않았으므로, 물리 서버를 많이 유지하기 위해서 조직에게 많은 비용이 들었다.

가상화된 배포 시대: 그 해결책으로 가상화가 도입되었다. 이는 단일 물리 서버의 CPU에서 여러 가상 시스템 (VM)을 실행할 수 있게 한다. 가상화를 사용하면 VM간에 애플리케이션을 격리하고 애플리케이션의 정보를 다른 애플리케이션에서 자유롭게 액세스 할 수 없으므로, 일정 수준의 보안성을 제공할 수 있다.

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

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

컨테이너 개발 시대: 컨테이너는 VM과 유사하지만 격리 속성을 완화하여 애플리케이션 간에 운영체제(OS)를 공유한다. 그러므로 컨테이너는 가볍다고 여겨진다. VM과 마찬가지로 컨테이너에는 자체 파일 시스템, CPU 점유율, 메모리, 프로세스 공간 등이 있다. 기본 인프라와의 종속성을 끊었기 때문에, 클라우드나 OS 배포본에 모두 이식할 수 있다.

컨테이너는 다음과 같은 추가적인 혜택을 제공하기 때문에 인기가 있다.

• 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 있다.
• 개발과 운영의 관심사 분리: 배포 시점이 아닌 빌드/릴리스 시점에 애플리케이션 컨테이너 이미지를 만들기 때문에, 애플리케이션이 인프라스트럭처에서 분리된다.
• 가시성(observability): OS 수준의 정보와 메트릭에 머무르지 않고, 애플리케이션의 헬스와 그 밖의 시그널을 볼 수 있다.
• 개발, 테스팅 및 운영 환경에 걸친 일관성: 랩탑에서도 클라우드에서와 동일하게 구동된다.
• 클라우드 및 OS 배포판 간 이식성: Ubuntu, RHEL, CoreOS, 온-프레미스, 주요 퍼블릭 클라우드와 어디에서든 구동된다.
• 애플리케이션 중심 관리: 가상 하드웨어 상에서 OS를 실행하는 수준에서 논리적인 리소스를 사용하는 OS 상에서 애플리케이션을 실행하는 수준으로 추상화 수준이 높아진다.
• 느슨하게 커플되고, 분산되고, 유연하며, 자유로운 마이크로서비스: 애플리케이션은 단일 목적의 머신에서 모놀리식 스택으로 구동되지 않고 보다 작고 독립적인 단위로 쪼개져서 동적으로 배포되고 관리될 수 있다.
• 리소스 격리: 애플리케이션 성능을 예측할 수 있다.
• 리소스 사용량: 고효율 고집적.

쿠버네티스가 왜 필요하고 무엇을 할 수 있나

컨테이너는 애플리케이션을 포장하고 실행하는 좋은 방법이다. 프로덕션 환경에서는 애플리케이션을 실행하는 컨테이너를 관리하고 가동 중지 시간이 없는지 확인해야 한다. 예를 들어 컨테이너가 다운되면 다른 컨테이너를 다시 시작해야 한다. 이 문제를 시스템에 의해 처리한다면 더 쉽지 않을까?

그것이 쿠버네티스가 필요한 이유이다! 쿠버네티스는 분산 시스템을 탄력적으로 실행하기 위한 프레임 워크를 제공한다. 애플리케이션의 확장과 장애 조치를 처리하고, 배포 패턴 등을 제공한다. 예를 들어, 쿠버네티스는 시스템의 카나리아 배포를 쉽게 관리 할 수 있다.

쿠버네티스는 다음을 제공한다.

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

무엇을 오케스트레이션 한다는 것인가?

orchestrate는 사전적 의미를 살펴보면 다음과 같습니다

to plan and organize something carefully and sometimes secretly in order to achieve a desired result

Cambridge Dictionary

즉 컨테이너 오케스트레이션 도구는, 수십~수백 개의 컨테이너를 관리하고자 할 때 보다 더 잘 관리하기 위한 툴입니다. 앞서 배운 컨테이너 조합은 기껏 해봐야 서너 개에 불과한데, 어떻게 수십~수백 개의 컨테이너가 생길 수 있다는 말일까요?

• 이는 아키텍처의 트렌드가 모놀리식에서 마이크로서비스로 바뀌고,
• 이로 인해서 컨테이너의 개수가 증가하고,
• 여기에 확장성을 고려해 스케일링까지 더할 경우에 발생할 수 있는 일입니다.

다섯 개 정도의 마이크로서비스를 운영하는 조직이 회사 내에 세 팀 정도가 존재하고, 최소한 두 개 이상의 레플리카(복제본)를 만든다고 가정하면, 벌써 서른(5 x 3 x 2) 개의 컨테이너가 존재할 것입니다. 이럴 때에는 쿠버네티스 도입을 고려해 볼 수 있습니다.

쿠버네티스 공식 웹사이트에는 쿠버네티스를 만든 Google의 경험을 바탕으로 다음과 같이 안내하고 있습니다.

Google이 일주일에 수십억 개의 컨테이너들을 운영하게 해 준 원칙들에 따라 디자인되었기 때문에, 쿠버네티스는 운영팀의 규모를 늘리지 않고도 확장될 수 있습니다.

언제 사용하지 말아야 할까?

닭 잡는데 소 잡는 칼을 사용하지 않는 것처럼, 어떤 기술을 적용하기에 앞서 “언제 사용하지 말아야 할지를 아는 것”이 진정한 고수로 가는 길입니다.

따라서 언제 사용하지 말아야 할지를 알아봅시다.

• 여러 Tier(단계)로 나뉘지 않은 모놀리식 아키텍처에서는 적합하지 않습니다.
  • 모놀리식 아키텍처는 먼저 마이크로서비스 분해 전략을 세우는 것이 우선입니다.
• 고작 서너 개에 불과한 컨테이너만을 다루려면 적합하지 않습니다.
  • 서너 개의 불과한 컨테이너는 docker-compose로도 충분합니다.
• 비교적 단순한 아키텍처에, 스케일링이 필요하지 않은 경우에는 적합하지 않습니다.
  • 이후 트래픽이 증가하거나, 스케일링이 필요한 경우, 서버리스 서비스를 사용하면 다소 저렴한 가격에 관리형 서비스를 이용할 수 있으며, AWS 내에서도 오토 스케일링과 같은 관리형 서비스가 배포 환경에서 제공됩니다.

언제 사용해야 하는가? 어떤 기능이 있는가?

어떤 기능을 제공하는지를 살펴보면, AWS를 배웠을 때와 비슷한 기능을 제공합니다.

• 마이크로서비스를 컨테이너 방식으로 운영하는 조직이 확장성을 고려해야 할 때
• 무중단 서비스, 즉 고가용성을 제공해야 할 때
• 그 밖에 다양한 기능들: 자가 치유, 배치 실행, 구성 관리, 로드 밸런싱...

보시다시피 특징적인 기능은 AWS와 같은 퍼블릭 클라우드 공급자에서도 비슷하게 제공합니다. 그러나 여기에는 비용의 문제에서 자유로울 수 없습니다. 이를 피하기 위해 쿠버네티스를 사용하기도 합니다.

쿠버네티스를 사용하는 사람들은 다음과 같이 사용합니다.

• 쿠버네티스를 이용해 온프레미스 상에서 (사설) 클라우드 인프라를 구성하고,
• 저렴한 클라우드 서비스의 일부분을 도입하여 하이브리드 형태로 구성하기도 하며,
• 필요에 따라 쿠버네티스로 구성한 인프라를 통째로 AWS 등에 마이그레이션 합니다. (이식성)
  • 주요 퍼블릭 클라우드 공급자들은 관리형 쿠버네티스를 지원합니다. 예) AWS EKS

 

출처

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