Kubernetes 이해

Kubernetes란 ?

컨테이너화된 애플리케이션의 배포, 확장 및 관리를 자동화하는 오픈소스

 

역사

Google이 내부 배포시스템으로 사용하던 'Borg'를 기반으로 2014년에 프로젝트를 시작했고, 커뮤니티와 아이디어들을 통해 빠르게 발전했다. 이후 Google이 CNCF(Cloud Native Computing Foundation)에 코드를 기부함으로써, 오픈소스가 되었다.

 

 

먼저 '컨테이너'에 관해서 짚고 넘어가야 할 것 같다. 

 

 

출처 : https://kubernetes.io/ko/docs/concepts/overview/what-is-kubernetes/

 

위의 사진은 '애플리케이션의 배포 환경 변화'에 대한 그림이다.

애플리케이션의 초기 배포부터 현재까지의 변화를 간략하게 그린 그림인데, 

전통적인 배포 > 가상화 > 컨테이너

로 발전해왔으며 각각의 환경에 대한 설명은 kubernetes 홈페이지에 잘 나와 있어서 인용했다. 

 

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.

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 설명들을 간략하게 요약하면 초기에 애플리케이션을 배포할 땐 하나의 물리서버에서 하나의 애플리케이션만 실행했어야 했다. 그렇게 되면 만약 여러가지 기능들 중 하나의 기능이 어떤 오류로 서버의 리소스를 모두 잡아먹을 경우 문제가 있는 기능 뿐만이 아닌 다른 기능들도 정상작동하지 않는 문제점이 있다.
 

 그렇게해서 가상화가 도입되었다. 가상화는 단일 물리서버에서 논리적으로 서버들을 나누게 된다. 가상화의 장점은 논리적으로 공간이 분리되어 있기 때문에 각각의 공간들은 다른 공간에 영향을 받지 않는다. 예를들어 CPU가 8코어 짜리가 있다고 하면 원하는 기능이나, 서비스에 더 많은 리소스를 할당 할 수도 있고 그 반대로 덜 할당할 수도 있다. ex) 라이브 스트리밍 4core , 웹서버 2core, DB 2core 

각각의 가상화된 공간들은 다른 공간들에서 영향을 받지 않게 되며 서버 리소스를 더 효율적으로 활용할 수 있다. 

하지만 가상화는 OS까지 분리(위 사진에서 가운데 사진)하기 때문에 이미지들마다 OS를 설치해야해서 사이즈가 굉장히 크고, 부팅 시 느리고, 가상화된 공간들(VM)간의 환경 불일치 문제가 제기되었다. 

 

그렇게해서 나오게 된게 컨테이너이다. OS는 가상화하여 공유하기때문에 종속성 문제나, 런타임 프로그램들에 대한  VM 간 환경 불일치의 문제가 해결된다. OS를 공유하면서 프로그램끼리 서로 간섭하지 못하게 하지만 root OS에 문제가 생기게 되면 전체 컨테이너에 문제가 될 가능성도 있기 때문에 조심해야한다. 이런 단점보다 장점이 훨씬 많아서 컨테이너를 활용해 서비스하는 곳이 늘어나고 있다. 

 

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여기까지 컨테이너에 대해 먼저 알아봤고 개념이 조금은 이해가 될 것이다. 

하지만 서버 관리자는 애플리케이션을 실행하는 컨테이너들을 관리하고, 가동중지 시간이 없는지 확인해야한다.

예를들어 컨테이너 하나가 다운되면 다른 컨테이너를 다시 시작해야 하고 한 컨테이너로 요청이 몰리면 적절한 로드밸런싱을 해줘야한다. 이 과정들 뿐만 아니라 예외처리를 해줘야되는 부분들이 많을 것이다. 이러한 관리들을 자동화해주는 시스템이 있으면 편리하지 않을까? 하는 질문에 의해 나오게 된게 '쿠버네티스'이다.

 

 

쿠버네티스에서 자랑하는 제공되는 서비스들은 이러하다.

• 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.

 

 

각각의 용어들을 잘 정리한 내용이 있다. 

용어	뜻
컨테이너	앱이 구동되는 환경까지 감싸서 실행할 수 있도록 하는 격리 기술
컨테이너 런타임	컨테이너를 다루는 도구
도커	컨테이너를 다루는 도구 중 가장 유명한 것
쿠버네티스	컨테이너 런타임을 통해 컨테이너를 오케스트레이션하는 도구

 

• 컨테이너 
  • 애플리케이션을 실행할 수 있는 환경까지 감싸서 이미지로 만들고, 어디서든 쉽게 실행할 수 있게 해주는 기술
• 컨테이너 런타임 
  • 컨테이너를 사용할 때 필요한 도구로서 컨테이너를 쉽게 내려받거나, 공유하고, 구동할 수 있도록 해주는 도구
• 도커
  • 가장 유명한 컨테이너 런타임
• 쿠버네티스 
  • 컨테이너를 런타임을 통해 컨테이너들의 상태를 모니터링, 관리하는 도구

 

참조

https://kubernetes.io/ko/docs/concepts/overview/what-is-kubernetes/

https://www.samsungsds.com/kr/insights/220222_kubernetes1.html