Kubernetes

목차

• Kubernetes란?
• Kubernetes의 아키텍처
• Kubernetes의 배포 및 관리
• Kubernetes의 보안

Kubernetes란?

Kubernetes의 정의

Kubernetes는 컨테이너화된 애플리케이션의 자동 배포, 확장 및 관리를 위한 오픈 소스 플랫폼이다. 이 시스템은 구글에서 개발하였으며, 현재는 클라우드 네이티브 컴퓨팅 재단(CNCF)에서 관리하고 있다. Kubernetes는 대규모의 컨테이너화된 애플리케이션을 효율적으로 관리하기 위해 여러 기능을 제공한다. 이를 통해 개발자는 애플리케이션을 더욱 신속하게 배포하고 운영할 수 있으며, 인프라 자원의 활용도를 극대화할 수 있다. Kubernetes의 주요 기능 중 하나는 자동화된 스케일링이다. 이 기능은 시스템의 부하에 따라 컨테이너의 수를 자동으로 조정하여, 필요 시 리소스를 늘리거나 줄일 수 있도록 한다. 또한, Kubernetes는 자가 치유(self-healing) 기능을 제공하여, 실패한 컨테이너를 자동으로 재시작하거나 다른 노드로 이동시키는 등의 작업을 수행한다. 이를 통해 시스템의 가용성을 높이고 운영의 복잡성을 감소시키는 데 기여한다. Kubernetes는 다양한 클라우드 환경에서 실행 가능하며, 온프레미스 환경에서도 사용할 수 있어 유연성을 제공한다. 이러한 특징으로 인해 Kubernetes는 현대의 마이크로서비스 아키텍처에서 중요한 역할을 하고 있다. 이 플랫폼을 활용하면 개발자와 운영 팀은 더 나은 협업을 통해 고품질의 서비스를 제공할 수 있다. Kubernetes는 컨테이너 오케스트레이션을 위한 표준으로 자리잡고 있으며, 다양한 기업과 커뮤니티에서 활발히 사용되고 있다.

Kubernetes의 역사

Kubernetes는 2014년 구글에 의해 처음 개발된 오픈 소스 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼이다. 구글은 이전에 Borg라는 내부 시스템을 통해 컨테이너 관리를 경험하였으며, 이러한 경험을 바탕으로 Kubernetes를 개발하였다. Kubernetes는 빠르게 성장하며, 2015년에는 CNCF(Cloud Native Computing Foundation)의 프로젝트로 인수되어 더욱 발전할 수 있는 기반을 마련하였다. 초기에는 간단한 컨테이너 관리 기능만 제공하였으나, 이후 다양한 기능이 추가되면서 현재는 자동화된 배포, 스케일링 및 운영 관리를 지원하는 강력한 플랫폼으로 자리잡았다. Kubernetes의 발전은 많은 기업과 개발자들이 참여하는 커뮤니티의 지원 덕분이다. 이들은 지속적으로 기능을 개선하고 버그를 수정하며, 새로운 기능을 제안하여 Kubernetes의 생태계를 확장하고 있다. 현재 Kubernetes는 컨테이너 기반의 애플리케이션 배포 및 관리를 위한 사실상 표준으로 자리잡았다. 많은 클라우드 서비스 제공업체들이 Kubernetes를 지원하며, 이를 통해 사용자들은 보다 효율적이고 유연한 애플리케이션 관리 환경을 구축할 수 있게 되었다.

Kubernetes의 주요 구성 요소

Kubernetes의 주요 구성 요소는 클러스터의 구조와 기능을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. Kubernetes는 마스터 노드와 워커 노드로 구성된다. 마스터 노드는 클러스터의 제어 평면을 관리하며, 워커 노드는 애플리케이션이 실제로 실행되는 노드이다. 클러스터 내에서 여러 컨테이너를 관리하기 위해 Kubernetes는 Pod라는 기본 단위를 사용한다. Pod는 하나 이상의 컨테이너를 포함하며, 이 컨테이너들은 같은 네트워크 공간을 공유하고, 같은 저장소를 사용할 수 있다. Kubernetes는 또한 서비스라는 개념을 통해 Pod 간의 통신과 네트워킹을 관리한다. 서비스를 통해 로드 밸런싱을 수행하고, 클러스터 외부와의 연결을 용이하게 한다. 이러한 구성 요소들은 Kubernetes가 제공하는 자동화된 배포, 스케일링, 운영 관리 기능의 기반이 된다. 또한, Kubernetes는 API 서버, etcd, 스케줄러, 컨트롤러 매니저 등 다양한 내부 구성 요소를 포함하여 효율적인 클러스터 운영을 지원한다. 각 구성 요소는 특정 기능을 수행하며, 이들이 상호작용하여 전체 시스템의 안정성과 확장성을 보장한다. 이러한 구조 덕분에 Kubernetes는 다양한 환경에서 컨테이너 기반 애플리케이션을 효과적으로 관리할 수 있는 플랫폼으로 자리잡았다.

Kubernetes의 아키텍처

마스터 노드와 워커 노드

Kubernetes의 아키텍처는 두 가지 주요 노드 유형으로 구성된다. 마스터 노드는 클러스터의 중앙 관리 지점을 담당하며, 클러스터의 상태를 관리하고 조정하는 역할을 수행한다. 마스터 노드는 API 서버, 스케줄러, 컨트롤러 매니저와 같은 구성 요소를 포함하여 클러스터의 전반적인 운영과 유지 관리를 지원한다. API 서버는 사용자의 요청을 처리하고, etcd는 클러스터 상태 정보를 저장하는 분산 키-값 저장소로 기능한다. 스케줄러는 애플리케이션의 Pod를 워커 노드에 배치하는 역할을 하며, 컨트롤러 매니저는 클러스터의 다양한 리소스를 관리하는 데 필요한 여러 컨트롤러를 실행한다.반면, 워커 노드는 실제 애플리케이션 컨테이너가 실행되는 곳이다. 워커 노드는 Pod와 컨테이너를 실행하며, 이러한 컨테이너들은 마스터 노드의 지시에 따라 스케줄링된다. 각 워커 노드는 kubelet이라는 에이전트를 통해 마스터 노드와 통신하며, 클러스터의 상태를 보고하고, 필요한 경우 새로운 컨테이너를 실행하거나 기존 컨테이너를 종료하는 작업을 수행한다. 이와 같은 마스터 노드와 워커 노드 간의 상호작용은 Kubernetes가 제공하는 고가용성 및 확장성을 가능하게 하며, 효율적인 리소스 관리를 지원한다. 이러한 구조 덕분에 Kubernetes는 다양한 환경에서 안정적으로 컨테이너 기반 애플리케이션을 관리할 수 있는 플랫폼으로 자리잡았다.

Pod와 컨테이너

Kubernetes에서 Pod는 컨테이너의 집합으로, 애플리케이션의 실행 단위를 구성한다. 각 Pod는 하나 이상의 컨테이너를 포함하며, 이들은 같은 네트워크 네임스페이스를 공유한다. Pod 내의 컨테이너들은 서로 간에 로컬 IP 주소로 통신할 수 있으며, 이를 통해 애플리케이션의 구성 요소 간의 상호작용을 원활하게 한다. Pod는 단일 호스트에 배치되거나 여러 호스트에 분산될 수 있으며, Kubernetes의 스케줄러를 통해 최적의 실행 장소를 결정한다. Pod는 또한 스케일링과 배포, 업데이트 과정에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 특정 애플리케이션의 부하가 증가하면 여러 개의 Pod를 생성하여 수평적으로 확장할 수 있다. 이러한 확장은 Kubernetes의 리소스 관리 기능을 통해 자동으로 이루어질 수 있다. 각 Pod는 생애 주기를 가지며, 필요에 따라 생성되고 삭제된다. 이와 같은 동적인 Pod 관리 방식은 클라우드 네이티브 애플리케이션의 요구에 부합하며, 애플리케이션 배포의 유연성을 높인다. 다음은 Pod를 정의하는 간단한 YAML 파일의 예시이다.
<apiVersion: v1>
<kind: Pod>
<metadata>
<name: example-pod>
</metadata>
<spec>
<containers>
<container>
<name: example-container>
<image: example-image>
</container>
</containers>
</spec>
</Pod> 이와 같이 Kubernetes는 Pod와 컨테이너를 통해 효율적인 애플리케이션 관리를 지원한다.

서비스와 네트워킹

Kubernetes의 아키텍처에서 서비스와 네트워킹은 클러스터 내에서 애플리케이션 간의 통신을 원활하게 하는 중요한 역할을 한다. Kubernetes는 클러스터 내의 Pod에 대한 접근을 제공하는 서비스 개념을 도입하였다. 서비스는 Pod의 집합에 대한 안정적인 네트워크 접근을 가능하게 하며, 이러한 서비스는 클러스터 내에서 고유한 IP 주소를 갖고 있다. 클러스터 외부에서 접근할 수 있는 서비스는 LoadBalancer 또는 NodePort 유형으로 설정할 수 있다.
예를 들어, 서비스의 YAML 정의는 다음과 같다.
<apiVersion: v1>
<kind: Service>
<metadata>
<name: example-service>
</metadata>
<spec>
<selector>
<app: example-app>
</selector>
<ports>
<port: 80>
<targetPort: 8080>
</ports>
<type: NodePort>
</spec>
</Service>
이와 같이 Kubernetes의 서비스는 Pod에 대한 접근을 단순화하고, 로드 밸런싱을 통해 트래픽을 효율적으로 분산시킨다. 또한, Kubernetes는 클러스터의 네트워킹을 관리하기 위해 다양한 네트워크 플러그인을 지원한다. 이러한 네트워크 플러그인은 클러스터 내의 Pod 간 통신을 가능하게 하며, 각 Pod가 서로에게 쉽게 접근할 수 있도록 한다. 결과적으로, Kubernetes의 서비스와 네트워킹은 애플리케이션의 구성 요소 간의 통신을 효과적으로 지원하는 핵심 기능이다.

Kubernetes의 배포 및 관리

Kubernetes 클러스터 설치 방법

Kubernetes 클러스터 설치 방법은 다양한 방식으로 수행될 수 있으며, 사용자의 요구에 따라 적절한 방법을 선택해야 한다. 가장 일반적인 방법 중 하나는 kubeadm을 사용하는 것이다. kubeadm은 Kubernetes 클러스터를 쉽게 설치하고 구성할 수 있도록 도와주는 도구이다. 설치 과정은 다음과 같다. 먼저, 필요한 패키지를 설치하고, Docker와 같은 컨테이너 런타임을 설정해야 한다. 그 후, kubeadm을 사용하여 마스터 노드를 초기화하고, 워커 노드를 클러스터에 추가하는 절차를 진행한다. 이러한 과정에서 다음과 같은 명령어를 사용할 수 있다.
<code>
sudo kubeadm init
</code>
이 명령어는 마스터 노드를 초기화하는 데 사용된다. 초기화가 완료된 후, 사용자는 워커 노드를 클러스터에 추가하기 위해 kubeadm join 명령어를 실행해야 한다. 이 명령어는 마스터 노드에서 생성된 토큰을 사용하여 수행된다.
<code>
sudo kubeadm join <master-ip>:6443 –token <token> –discovery-token-ca-cert-hash sha256:<hash>
</code>
이와 같이 Kubernetes 클러스터를 설치하는 과정은 명확하고 체계적이며, 다양한 환경에서 유연하게 적용될 수 있다. 클러스터 설치가 완료되면, kubectl을 사용하여 클러스터의 상태를 관리하고 모니터링할 수 있다. Kubernetes 클러스터의 설치는 성공적인 애플리케이션 배포를 위한 중요한 첫 단계이다.

애플리케이션 배포

Kubernetes에서 애플리케이션 배포는 여러 단계를 포함하며, 이 과정은 클러스터의 리소스를 효과적으로 활용하기 위해 필요한 작업이다. 애플리케이션을 배포하기 위해서는 먼저 YAML 형식의 매니페스트 파일을 작성해야 한다. 이 파일에는 배포할 애플리케이션의 구성, 이미지, 레플리카 수, 포트 설정 등이 포함된다. 예를 들어, 다음과 같은 YAML 형식의 파일을 작성할 수 있다.
<code>
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: my-app
spec:
replicas: 3
selector:
matchLabels:
app: my-app
template:
metadata:
labels:
app: my-app
spec:
containers:
– name: my-app
image: my-app-image:latest
ports:
– containerPort: 80
</code>
이렇게 작성된 매니페스트 파일을 kubectl apply 명령어를 통해 클러스터에 적용하면 애플리케이션이 배포된다. Kubernetes는 이러한 배포 과정을 자동화하고 관리할 수 있는 다양한 기능을 제공한다. 또한, 배포 후에는 애플리케이션의 상태를 모니터링하고 필요에 따라 업데이트를 진행할 수 있다. 업데이트는 롤링 업데이트 방식으로 수행되어, 서비스 중단 없이 새로운 버전으로의 전환이 가능하다. 이러한 기능들은 Kubernetes를 통해 애플리케이션을 안정적이고 효율적으로 관리할 수 있게 해준다.

모니터링 및 로깅

Kubernetes에서 애플리케이션의 상태를 효과적으로 관리하기 위해서는 모니터링 및 로깅이 필수적이다. 모니터링은 클러스터와 애플리케이션의 성능과 가용성을 실시간으로 분석하는 과정이다. 다양한 모니터링 도구들이 Kubernetes 환경에 통합되어 사용되며, Prometheus와 Grafana와 같은 도구들은 메트릭 수집과 시각화를 지원한다. 이러한 도구를 활용하면 애플리케이션의 동작 상태를 지속적으로 확인할 수 있고, 문제 발생 시 즉각적인 대응이 가능하다. 또한, 로그 관리는 애플리케이션과 시스템 이벤트에 대한 기록을 수집하고 분석하는 과정이다. Fluentd, Elasticsearch, Kibana와 같은 도구들은 로그를 수집하고, 중앙 집중식으로 저장 및 검색할 수 있게 해준다. 이를 통해 개발자는 애플리케이션의 오류를 신속하게 진단하고 문제를 해결할 수 있다. 모니터링과 로깅의 통합은 운영 효율성을 높이고, 서비스 안정성을 강화하는 데 기여한다. HTML로 이러한 모니터링 대시보드를 구축할 수 있는 기본적인 구조는 다음과 같다. <html><head><title>모니터링 대시보드</title></head><body><h1>Kubernetes 모니터링</h1><div><p>클러스터의 상태를 모니터링합니다.</p></div></body></html> 이와 같은 방식으로 시각화된 데이터를 제공함으로써 운영자는 보다 직관적으로 클러스터의 상태를 파악할 수 있다.

Kubernetes의 보안

네트워크 보안

Kubernetes의 보안에서 네트워크 보안은 클러스터 내부와 외부 간의 데이터 전송을 보호하는 데 중요한 역할을 한다. Kubernetes는 기본적으로 여러 네트워크 정책을 제공하여 Pod 간의 통신을 제어하고, 특정 트래픽만 허용할 수 있도록 설정할 수 있다. 이를 통해 불필요한 접근을 차단하고, 애플리케이션의 보안을 강화할 수 있다. 또한, TLS(Transport Layer Security)와 같은 암호화 프로토콜을 사용하여 데이터 전송 중의 보안을 강화할 수 있다. Kubernetes에서는 네트워크 정책을 정의하기 위해 YAML 형식을 사용하며, 다음은 네트워크 정책의 간단한 예시이다. <code>apiVersion: networking.k8s.io/v1<br>kind: NetworkPolicy<br>metadata:<br> name: allow-some-traffic<br>spec:<br> podSelector:<br> matchLabels:<br> role: frontend<br> ingress:<br> – from:<br> – podSelector:<br> matchLabels:<br> role: backend<br> </code> 이와 같은 네트워크 정책을 통해 Kubernetes 클러스터 내에서 안전한 통신을 유지할 수 있으며, 클러스터의 전반적인 보안을 강화하는 데 기여한다. 네트워크 보안은 Kubernetes 환경에서 필수적인 요소로, 이를 적절히 관리하고 설정함으로써 공격의 위험을 최소화할 수 있다.

인증 및 권한 부여

Kubernetes에서 인증 및 권한 부여는 클러스터의 보안을 유지하는 데 필수적인 요소이다. 인증은 사용자가 누구인지를 확인하는 과정으로, Kubernetes는 다양한 인증 방법을 지원한다. 예를 들어, 토큰 기반 인증, X.509 클라이언트 인증서, 그리고 OpenID Connect와 같은 외부 인증 제공자를 활용하여 사용자의 신원을 확인할 수 있다. 이러한 과정은 사용자가 클러스터에 접근하려 할 때 수행되며, 적절한 인증 방법을 설정함으로써 보안 수준을 높일 수 있다. 권한 부여는 인증된 사용자가 어떤 작업을 수행할 수 있는지를 결정하는 과정이다. Kubernetes는 Role-based Access Control(RBAC)이라는 메커니즘을 통해 권한을 관리한다. RBAC는 클러스터 내의 사용자 및 그룹에 대해 세부적인 권한을 설정할 수 있도록 하여, 특정 리소스에 대한 접근을 제한하거나 허용하는 기능을 제공한다. 예를 들어, 특정 사용자가 Pod을 생성할 수 있도록 허용하거나, 특정 네임스페이스 내에서만 활동할 수 있도록 제한할 수 있다. 이러한 인증 및 권한 부여 메커니즘을 적절히 설정하고 관리함으로써, Kubernetes 클러스터의 보안을 강화하고 잠재적인 위협으로부터 보호할 수 있다.

비밀 관리

Kubernetes에서 비밀 관리는 민감한 정보를 안전하게 저장하고 관리하는 데 중점을 둔다. 비밀 관리 기능은 주로 비밀번호, API 키, 인증서와 같은 중요한 데이터를 보호하는 데 사용된다. Kubernetes는 이러한 비밀을 Kubernetes API를 통해 안전하게 저장하고, 필요한 애플리케이션에만 접근할 수 있도록 한다. 비밀은 기본적으로 Base64로 인코딩되어 저장되며, 이를 통해 데이터의 안전성을 높인다. 사용자는 Kubernetes의 `Secret` 객체를 사용하여 비밀을 정의하고, 이를 통해 애플리케이션에서 비밀에 접근할 수 있도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 다음과 같은 형식으로 비밀을 생성할 수 있다.
<?xml version=’1.0′ encoding=’UTF-8′?>
<Secret apiVersion=’v1′ kind=’Secret’ metadata=’name: my-secret’ type=’Opaque’>
<data>
<username>dXNlcm5hbWU= </username>
<password>cGFzc3dvcmQ= </password>
</data>
</Secret>
이와 같은 방식으로 비밀을 정의하면, 해당 비밀은 Kubernetes 클러스터 내에서 안전하게 관리된다. 비밀에 접근할 수 있는 권한은 RBAC(Role-based Access Control)를 통해 제어되며, 특정 사용자나 서비스 계정이 비밀에 접근할 수 있도록 제한할 수 있다. 이러한 비밀 관리 기능은 Kubernetes의 보안성을 크게 향상시키며, 민감한 정보의 유출을 방지하는 데 기여한다.

자주 묻는 질문 (FAQ)