그림과 실습으로 배우는 도커 & 쿠버네티스 Chapter 8 - 쿠버네티스란?

Chapter 8 - 쿠버네티스란?

SECTION 01 쿠버네티스란?

• 쿠버네티스(kurbernetes) 는 컨테이너 오케스트레이션 도구의 일종이다.
• k 와 s 사이에 8개 글자가 있다고 해서 k8s 라고 줄여쓰기도 한다.
• k8s 는 도커와 다르게 여러 대의 물리적 서버가 존재하는것을 전제로 한다.
• 번거롭고 반복적인 컨테이너 생성과 관리의 수고를 덜어주는 도구이다.

SECTION 02 마스터 노드와 워커 노드

클러스터의 구성 - 마스터 노드와 워커 노드

• 쿠버네티스는 전체적인 제어를 담당하는 마스터 노드, 실제적인 동작을 담당하는 워커 노드 두 가지로 구성된다.
• 마스터 노드에서 컨테이너를 실행하지는 않으며, 워커 노드에서 실행되는 컨테이너를 관리하는 역할을 한다.
• 워커 노드는 실제 컨테이너가 동작하는 서버이다.
• 마스터 노드와 워커 노드로 구성된 쿠버네티스 시스템을 클러스터 라고 한다.

쿠버네티스를 사용하기 위한 소프트웨어

• 도커 엔진 등의 컨테이너 엔진과는 별개의 소프트웨어
• CNI(가상 네트워크 드라이버) 를 설치해야 되며 대표적으로 flannel, Calico, AWS VPC CNI 등이 존재.
• 마스터 노드에는 컨테이너 등의 상태 관리를 위해 etcd(Key-Value 형태의 DB) 라는 데이터베이스 설치됨.
• 워커 노드에는 컨에티너 엔진 필요.

컨트롤 플레인과 kube-let

• 마스터 노드는 컨트롤 플레인을 통해 워커 노드를 관리한다.

항목 내용

 

항목	내용
kube-apiserver	외부와 통신하는 프로세스, kubectl로 부터 명령을 전달받아 실행한다.
kube-controller-manager	컨트롤러를 통합 관리, 실행.
kubel-scheduler	파드를 워커 노드에 할당한다.
cloud-controller-manager	클라우드 서비스와 연동해 서비스를 생성한다.
etcd	클러스터 관련 정보 전반을 관리하는 데이터베이스

• 워커 노드에서는 kube-let 과 kube-proxy 가 동작한다.

항목 내용

항목	내용
kube-let	마스터 노드에 있는 kube-scheduler 와 연동하며 워커 노드에 파드를 배치하고 실행한다. 실행 중인 파드의 상태를 정기적으로 모니터링하며 kube-scheduler 에 통지한다.
kube-proxy	네트워크 통신의 라우팅 매커니즘

etcd의 역할 Docker Compose 와 k8s 의 가장 큰 차이점은 k8s 의 정의 파일(매니페스트 파일)이 DB 를 통해 관리 된다는 점이다.
파드는 DB 에 저장된 내용을 토대로 관리되며, 해당 내용은 k8s 커맨드로 수정이 가능하다.
쿠버네티스가 정의 파일을 읽어들인 후 커맨드로 직접 컨테이너를 수정하게 되면, 정의 파일과 etcd 에 저장된 정보가 일치하지 않게 된다. 따라서, 운영 규치을 정하고 철저히 관리해야 한다.

SECTION 03 쿠버네티스의 구성과 관련 용어

파드(Pod)

• 쿠버네티스에서 컨테이너의 관리 단위.
• 파드는 컨테이너와 볼륨을 함께 묶은 것.
• 기본적으로 파드 하나가 컨테이너 하나, 컨테이너가 여러 개인 파드도 존재.

서비스(Service)

• 여러개의 파드들을 모아 관리하는 것.
• 서비스가 관리하는 파드는 모두 기본적으로 동일한 구성을 갖는다.
• 구성이 다른 파드는 별도의 서비스로 관리한다.
• 파드가 여러 개의 워커 노드(물리적 서버)에 걸쳐 있더라도 이들 모두를 관리.
• 서비스의 역할은 로드 밸런서(부하 분산장치).
• 각 서비스는 고정된 IP(Cluster IP) 를 부여 받으며, 해당 IP로 들어오는 통신을 처리.
  • 해당 Cluster IP 는 서비스를 명시적으로 삭제하지 않는 한 변경되지 않음.
• 따라서, 내부적으로는 여러개의 파드가 존재하고 외부적으로는 Cluster IP 하나만을 바라보게 되어, 부하 분산처리를 담당.
  • 하지만, 여러 워커 노드간의 분하 분산은 별도의 노드에서 로드 밸런서가 담당해야 할 역할.

레플리카세트(ReplicaSet)

• 레플리카세트는 파드의 수를 관리.
• 장애등의 이유로 파드가 종료됐을 때, 파드를 실행.
• 정의 파일의 파드 수가 변경되었을 경우 파드 수를 조정.
• 레플리카세트가 관리하는 동일한 구성의 파드를 레플리카(Replica) 라고도 부른다.

디플로이먼트(Deployment)

• 파드의 배포를 관리하는 요소.
• 파드가 사용하는 이미지 등에 대한 정보를 갖고있음.
• 레플리카세트 와 디플로이먼트 함께 사용

오브젝트와 인스턴스 각각의 파드, 서비스 등을 ‘OO 오브젝트’ 라고 부르기도 한다. 그 이유는 마스터 노드의 etcd 에서 OO 오브젝트 형태로 관리되기 떄문. 쿠버네티스는 etcd 에 등록된 오브젝트를 생성하고 관리하며 이것을 인스턴스 라고 한다.

SECTION 04 쿠버네티스 설치 및 사용법

• 원조 쿠버네티스를 채택하는것 자체는 꽤 흔하지만, 이를 직접 구축하는것은 쉽지않다.
• 드라이버 상성 문제, 하드웨어 선정 부터 고려해야 될 것들이 상당히 많다.
• 일반적으로 AWS EKS 같은 클라우드 서비스를 이용하는 경우도 많다.
• Docker Desktop, Mini Kube 등을 사용하면 쿠버네티스 학습 환경으로 충분하다.

Linux에 MiniKube 설치하기

SECTiON 05 매니페스트(manifest) 파일 작성

• 파드나 서비스에 대한 설정을 매니페스트(manifest) 라고 한다.
• 매니페스트 파일은 YAML 또는 JSON 형식으로 기재한다.
• JSON 형식은 컴퓨터로 처리하는 것이 목적이므로, 사람이 설정 파일을 읽고 쓴다면 YAML 파일을 주로 사용.
• 매니페스트 파일은 리소스 단위로 작성한다.
  • 리소스 단위는 파드, 서비스, 디플로이먼트, 레플리카세트 등을 가르킨다.

Pod manifest.yml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: apa000pod
  labels:
    app: apa000kube
  spec:
    containers:
      - name: apa000ex91
        image: httpd
        ports:
          - containerPort: 80

Deployment manifest.yml

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: apa000dep
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: apa000kube
  replicas: 3
  template:
    metadata:
      labels:
        app: apa000kube
    spec:
      containers:
      - name: apa000ex91
        image: httpd
        ports:
        - containerPort: 80

• selecetor 설정
  • 디플로이먼트가 특정한 레이블이 부여된 파드를 관리할 수 있도록 하는 설정.
  • matchLabels: 뒤로 레이블을 기재.
• replica 설정
  • 파드의 레플리카에 대한 관리.
  • 파드 수를 몇개로 유지할 것인지 설정.
  • 이 값을 0으로 설정하면 파드가 사라진다.
• template 작성
  • 생성할 파드의 정보를 기재.

Service manifest.yml

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: apa000ser
spec:
  type: NodePort
  ports:
  - port: 8099
    targetPort: 80
    protocol: TCP
    nodePort: 30080
  selector:
    app: apa000kube
    

• type 설정
  • 어떤 유형의 IP 주소로 접근할지 설정.
  • ClusterIP: 클러스터 IP를 통해 서비스에 접근하도록 함(외부에서는 접근 불가)
  • NodePort: 워커 노드의 IP를 통해서 서비스에 접근하도록 함
  • LoadBalancer: 로드밸런서의 IP 를 통해서 서비스에 접근하도록 함 (실무에서 가장 많이 쓰임)
  • ExternalName: 파드에서 서비스를 통해 외부로 나가기 위한 설정.
• 포트 설정
  • 통신 IP의 port를 지정.
  • port: 서비스의 포트
  • nodePort: 워커 노드의 포트 (30000 과 32767 사이의 값을 설정 가능)
  • targetPort: 컨테이너 포트
• selector 설정
  • 서비스가 특정 레이블이 부여된 파드를 선택적으로 관리하기 위한 설정.
  • 레이블은 파드나 디플로이먼트에서 컨테이너 부분의 설정이 지정된 레이블을 사용.
  • 다만, 디플로이먼트에서는 matchLables: 가 필수 항목인데, 서비스에서는 matchLabels: 를 상용해서는 안된다.

SECTION 06 쿠버네티스 명령어

명령어 설명 예시

명령어	설명	예시
kubectl get nodes	클러스터의 모든 노드 정보를 조회	kubectl get nodes
kubectl get pods	네임스페이스 내의 모든 파드 조회	kubectl get pods -n my-namespace
kubectl describe pod [POD_NAME]	특정 파드에 대한 상세 정보 조회	kubectl describe pod my-pod
kubectl logs [POD_NAME]	특정 파드의 로그를 조회	kubectl logs my-pod
kubectl exec -it [POD_NAME] -- [COMMAND]	파드 내부에서 명령어 실행	kubectl exec -it my-pod -- /bin/sh
kubectl create -f [FILE]	YAML 파일로 리소스 생성	kubectl create -f deployment.yaml
kubectl apply -f [FILE]	YAML 파일로 리소스를 생성 또는 업데이트	kubectl apply -f service.yaml
kubectl delete -f [FILE]	YAML 파일에 정의된 리소스 삭제	kubectl delete -f pod.yaml
kubectl delete pod [POD_NAME]	특정 파드 삭제	kubectl delete pod my-pod
kubectl scale deployment [DEPLOYMENT_NAME] --replicas=[COUNT]	배포된 리소스의 복제본 수 조정	kubectl scale deployment my-deployment --replicas=3
kubectl get services	네임스페이스 내의 모든 서비스 조회	kubectl get services
kubectl port-forward [POD_NAME] [LOCAL_PORT]:[REMOTE_PORT]	로컬에서 원격 파드로 포트 포워딩	kubectl port-forward my-pod 8080:80
kubectl get namespaces	클러스터의 모든 네임스페이스 조회	kubectl get namespaces
kubectl config get-contexts	모든 컨텍스트 목록 조회	kubectl config get-contexts
kubectl config use-context [CONTEXT_NAME]	특정 컨텍스트로 전환	kubectl config use-context minikube
kubectl rollout status deployment/[DEPLOYMENT_NAME]	배포 상태 확인	kubectl rollout status deployment/my-deployment
kubectl expose pod [POD_NAME] --type=[TYPE] --port=[PORT]	파드를 서비스로 노출	kubectl expose pod my-pod --type=NodePort --port=8080
kubectl apply -f .	현재 디렉터리의 모든 YAML 파일을 적용	kubectl apply -f .

실습

디플로이먼트 매니페스트 적용

$ kubectl apply -f apa000dep.yml

deployment.apps/apa000dep created

파드 확인

$ kubectl get pods

NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
apa000dep-5655dc7c86-9sv4z   1/1     Running   0          67s
apa000dep-5655dc7c86-k4d2w   1/1     Running   0          67s
apa000dep-5655dc7c86-wg2k2   1/1     Running   0          67s

서비스 매니페스트 서비스 생성

$ kubectl apply -f apa000ser.yml

service/apa000ser created

서비스 확인

$ kubectl get services

NAME         TYPE        CLUSTER-IP       EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
apa000ser    NodePort    10.108.135.113   <none>        8099:30080/TCP   5m23s
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1        <none>        443/TCP          125m

SECTION 07 쿠버네티스를 연습하자

$ vi apa000dep.yml

replicas: 5 // 수정

$ kubectl get pods

NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
apa000dep-5655dc7c86-2s89t   1/1     Running   0          48s
apa000dep-5655dc7c86-k4d2w   1/1     Running   0          6m12s
apa000dep-5655dc7c86-lh4qf   1/1     Running   0          6s
apa000dep-5655dc7c86-wg2k2   1/1     Running   0          6m12s
apa000dep-5655dc7c86-zt9lv   1/1     Running   0          48s

$ kubectl delete apa000dep-5655dc7c86-2s89t

$ kubectl get pods

NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
apa000dep-5655dc7c86-9sv4z   1/1     Running   0          48s
apa000dep-5655dc7c86-k4d2w   1/1     Running   0          6m12s
apa000dep-5655dc7c86-lh4qf   1/1     Running   0          6s
apa000dep-5655dc7c86-wg2k2   1/1     Running   0          6m12s
apa000dep-5655dc7c86-zt9lv   1/1     Running   0          48s

$ vi apa000dep.yml

imgage : nginx // apache -> ngnix 수정

$ kubectl apply -f apa000dep.yml

$ kubectl delete -f apa000dep.yml

deployment.apps "apa000dep" deleted

$ kubectl get deployment

No resources found in default namespace.

$ kubectl delete -f apa000ser.yml

service "apa000ser" deleted

$ kubectl get service

NAME         TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   131m