Kubernetes를 시작하기 앞서

최신 개발 트렌드는 …

어플리케이션의 구조를 작고, 독립적인 단위로 개발하고 (Microservices),

이를 경량화된 가상화 환경에서 구동할 수 있는 단위 (Container)로 생성하여,

이러한 컨테이너들을 관리할 수 있는 환경 (Cloud Native)을 구성하는 것이다


1. Microservice Architecture (MSA)

과거에는 서비스를 하나의 애플리케이션으로 만들어 모든 시스템을 그 하나에 다 집어넣는 모놀리식 아키텍처(Monorithic Architecture) 로 만들었다. 이러한 일체식 구조는 개발/배포/확장을 단순하게 만드는 장점을 가지지만, 큰 규모일 수록 코드이해나 수정이 어렵다.

그래서 등장하게된 마이크로서비스 아키텍처(Microservice Architecture) 는 서비스를 작고, 독립적이고, 느슨하게 결합하는 방식의 서비스 지향 아키텍처이다. 각각의 요소를 독립적인 어플리케이션으로 만들고, API로 조합해 애플리케이션으로 만든다.

MSA 구성요소

  • Service Discovery
  • Circuit Breaker
  • Sidecar (Service Discovery + Circuit Breaker)
  • Service Mesh
  • Service Mesh’s Control Plane


2. Virtualization

서버를 가상으로 분할하는 가상화 (Virtualization) 는, 분할된 가상의 서버 내부에서 서비스를 실행하여 리소스를 효율적으로 쓰고자하는 기술이다. 가상화는 KVM, XEN, Hyper-V 등의 하이퍼바이저 기반의 기술과, Docker, LXC 등의 컨테이너 기반의 기술이 발전하면서 상용화되고 있다.


Container

VM 은 하이퍼바이저를 통한 하드웨어의 가상화이고,

Container 는 OS레벨의 가상화 (User 공간의 추상화)를 제공한다.

Container는 host 시스템의 커널을 container들끼리 공유하기때문에 가볍고 빠른 속도를 가지며 편리하다.

모듈성(modularity)와 확장성(scalability)이 좋지만 보안성이 약하다 => VM과 공존 필요

​ 여러대의 서버에 여러대의 어플리케이션을 쓴다면 VM이,

​ 하나의 서버에 여러대의 어플리케이션을 쓴다면 Container가 적합할 수 있다


Docker

리눅스 컨테이너를 기반으로 하는 오픈소스 프로젝트

namespace, control group(cgroup)과 같은 리눅스 커널 기능을 이용해서 OS 위에 컨테이너들을 생성하는 기술이다.



3. Cloud Native Computing Foundation (CNCF)

Cloud Native Computing 은 클라우드 컴퓨팅 모델의 장점을 모두 활용하는 애플리케이션을 개발하고 실행하기 위한 접근 방식이다.

microservice로 앱을 배포하고, 컨테이너 별로 패키징하고, 리소스 사용량을 최적화하는 동적 조절을위해 오픈소스 소프트웨어를 사용한다. Cloud Native Computing Foundation (CNCF) 는 이러한 클라우드 기술과 관련된 표준형을 개발하려는 단체이며, Kubernetes가 유일한 중심 프로젝트로 편성되었다.

kubernetes, prometheus, envoy, istio, …




Kubernetes (k8s) 란?

그래서 MSA형태로 개발된 서비스들을 Docker로 컨테이너화해서 띄우긴했는데..

  • 여러대의 물리서버에서 각각 관리하기도 어렵고

  • lifecycle management도 필요하고 (문제 대응, 패치, 업데이트 등)

  • 컨테이너 배포, 스케일링, 오퍼레이팅등도 자동으로 되면 좋겠는데…

    => (“해결사가 왔어!”) Kubernetes


Kubernetes

kubernetes는 “Docker container Orchestration tool”

컨테이너화된 어플리케이션을 Automatic deployment / Scaling / Management

- 그리스어로 ‘키잡이’라는 뜻으로, 줄여서 k8s라고 부른다. (k와 s사이에 8글자)

- Google에서 최초 개발되었고 현재는 CNCF에 기증된 상태

service를 host os를 공유하는 container화해서 올리는 docker

docker를 관리하는 k8s (kubernetes)

이러한 k8s application들을 chart화 시키고 관리하는 helm


k8s Object

  • Pod (name + spec + containers)

- k8s의 가장 기본단위이자 Container의 묶음

- pod 단위로 network namespace와 ip 가질 수 있음 (!= namespace in k8s)

- 같은 pod에서는 같은 volume 접근가능


  • ReplicaSet (Pod + replicas)

- replica는 복제라는 의미로 replicas 수만큼 pod가 유지되도록 관리된다

- pod는 죽으면 다시 되살리지않지만, ReplicaSet으로 만들면 replicas 수 (=pod 수)에 맞게 계속 살린다

- (단, 모니터링이 되어 autoscaler가 작동되고 있는 상황이어야 함)


  • Deployment (ReplicasSet + History (revision))

- deployment는 name + replicas + pod 내용으로 구성되고, 대부분은 deployment를 사용해서 배포한다

- 버전별로 설치/롤백되고 배포 관리가 가능하다

- apps/v1일때는 selector가 있어야 labels를 가져올 수 있다

​ kubectl create deployment.yaml 로 Deployment를 생성할 때 순서를 확인해보면 ,

​ “ Deployment -> ReplicaSet -> Pod “ 순으로 생성된다


  • Service

Load balancer를 이용하여 여러 pod들을 하나의 ip, port로 묶어서 제공하는 DNS이다

그 기준은 label selector 로, 특정 label을 가진 것들을 하나의 서비스로 묶는다.

Service object 노출 방식 3가지

  1. ClusterIP - default값으로, Service에 Cluster IP (내부 IP)를 할당한다. 클러스터 내부에서만 접근 가능하고 외부에서는 접근이 불가능
  2. NodePort - 각각의 Node의 IP와 static 포트를 노출하여 접근가능하게 하고, 클러스터 외부에서도 접근가능
  3. Load Balancer - Cloud provider(GCE/AWS)와 같은 외부IP를 가진 Load balancer에게 Service를 노출

  • 그 외 고오급 오브젝트

- DaemonSet : 맵핑된 label이 있는 node가 추가되면 자동으로 해당 node에 pod 생성을 보장 (scaling)

- StatefulSet : 컨테이너가 제거/재시작되어도 상태의 영속성과 지속성을 보장 => like DB

- Affinity : kube-schedular에게 정보 제공. 부하 분산 또는 버전관리 가능

( Session Affinity - sticky session 제공 (canary deployment) )



기타 Keyword

Docker 배포

특징 : 확장성, 표준성, 이미지 기반, 환경변수로 제어하는 설정, 공유자원..

배포툴 : kubernetes, docker swarm, coreos, fleet,…


Kubernetes 배포 프로세스 (리소스 배포)

binary build -> containerizing(image) -> push image -> service define -> test deploy (canary test) -> prod deploy

=> 어렵고 복잡. 이런 배포 프로세스를 통합/자동화하는 CI CD 파이프라인 필요


Kubernetes 배포 도구 (설치)

배포툴 : kubespray, kubeadm, kops, … (CaaS 지원)



* 오케스트레이션 (Orchestration)

여러 서버를 운영할때, 이들을 관리하는 것

  • IaC를 돕는 설정관련 도구는 chef puppet Ansible SaltStack…

  • CI/CD 관리 도구는 Travis CI, Jenkins, Circle CI ..

  • 컨테이너관리 도구는 Docker swarm, Kubernetes …


* Ansible

구성관리 tool로, 인프라 관리과정을 코드로 기술한 IaC (Infra as Code)를 효율적이고 자동으로 관리할수있는 인프라 도구.

Python 기반의 개발 + YAML로 정의 + JSON으로 통신

초기설정이나 모니터링, 변경사항 추적이 불가능하다는 단점이 있지만, shell command를 제외하고는 모두 Idempotency(멱등성) 을 제공한다.

kubespray는 ansible 기반의 배포툴이다.


* Helm

Chart라는 개념으로 kubernetes의 application을 정의, 배포하고 관리

  • Chart: app 구성하는 Kubernetes 객체들을 정의한 manifest template파일 및 설정묶음
  • Cient (helm client, CLI) - Server (tiller, pod형태로 배포됨) 구조
  • Release: client 통해 kube 위에 배포된 app

=> helm client 설치 후 tiller server를 kubernetes cluster위에 설치해야함

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helm init (—upgrade)	// tiller 설치 
helm install 			// repository에 등록된 chart를 client->tiller로 보냄
helm lint				// chart의 문법검사

* CI/CD

  • CI (Continuous Integration): 지속적 통합, 자주 Build & Packaging

  • CD (Continous Delivery / Deployment): 지속적 배포, 자주 Deployment



참조

  1. https://www.samsungsds.com/global/ko/support/insights/101917_RD_Cloudnative.html)
  2. https://engineering.linecorp.com/ko/blog/infrastructure-trends-open-infra-days-korea-2018/
  3. 갓승규님 블로그 https://ahnseungkyu.com/
  4. Google Cloud - JAM k8s 입문반 QWIK LAB 진행