(k8s) 쿠버네티스 클러스터 관리 리소스 및 주요 컴포넌트 분석

Note
회사의 인프라 관리를 위해 사용되며 지원이 제공되는 기술로, CKA 자격증 취득을 목표로 한 Kubernetes 학습 기록입니다.
해당 포스팅에서는 쿠버네티스 클러스터를 관리하기 위해 마스터 노드에서 관리되는 리소스들과 주요 컴포넌트들에 대해서 공부해보겠습니다.

쿠버네티스란?

공식 문서에 따르면, 쿠버네티스(Kubernetes)는 “컨테이너화된 워크로드와 서비스를 관리하기 위한 이식 가능하고 확장 가능한 오픈소스 플랫폼”입니다. 쉽게 말해, 쿠버네티스는 컨테이너의 운영과 배포를 효율적으로 관리하는 플랫폼입니다.

쿠버네티스 아키텍처

쿠버네티스는 클러스터라는 컴퓨팅 리소스의 집합으로, 이 안에는 컨테이너를 실행하는 물리적 또는 가상 머신인 노드로 구성됩니다. 클러스터는 마스터 노드와 워커 노드로 구분됩니다.

• 마스터 노드는 클러스터의 리소스를 관리하고, 클러스터 상태 저장, 리소스 할당, 요청 처리 등 주요 관리 기능을 수행합니다.
• 워커 노드는 컨테이너화된 워크로드를 실행하고 관리하는 역할을 합니다.

마스터 노드의 주요 컴포넌트

ETCD

ETCD는 키-값(key-value) 형식의 데이터베이스로, 클러스터의 모든 상태 정보를 저장합니다. 파드, 노드, 설정(config), 시크릿(secret), 계정(account), 역할(role) 등 클러스터 전반의 상태를 기록하며, kubectl 명령어로 클러스터에 요청을 보낼 때 이 정보를 사용합니다.

Kube-API Server

Kube-API Server는 클러스터 내 모든 상태 변경 작업의 중심입니다. kubectl CLI로 요청된 작업을 처리하고, ETCD와 상호작용하여 클러스터의 상태를 업데이트합니다. 이는 ETCD와 직접 통신하는 유일한 컴포넌트입니다.

Kube Controller Manager

Kube Controller Manager는 클러스터 상태를 지속적으로 모니터링하고 필요한 조치를 취합니다. 예를 들어, 노드 장애 시 해당 노드의 파드를 다른 노드로 이동시킵니다. 클러스터의 안정성과 일관성을 유지하는 핵심 역할을 하며, Kube-API Server와 지속적으로 통신합니다.

Kube Scheduler

Kube Scheduler는 파드를 적절한 노드에 할당하는 역할을 합니다. 파드의 리소스 요구 사항, 노드의 상태 등을 고려해 파드를 배치합니다. 이후 파드의 생성 및 관리는 Kubelet이 담당합니다.

Kubelet

Kubelet은 워커 노드에서 마스터 노드와 통신하는 유일한 컴포넌트로, 노드에서 파드의 생성 및 삭제를 담당합니다. 컨테이너 런타임을 통해 파드를 생성하고 모니터링하여 Kube-API Server에 상태를 보고합니다.
(추가) 클러스터 배포를 위해서 kubeadm 툴 사용 시 kubeadm은 다른 컴포넌트들과 다르게 자동으로 kubelet을 배포하지 않아서 수동으로 워커 노드들에 kubelet을 설치해줘야 합니다.

Kube-proxy

클러스터 내에서 모든 파드는 다른 모든 파드들에 접근할 수 있는데 이는 pod networking solution을 클러스터에 배포해 모든 파드들이 연결되는 모든 노드들에 걸친 가상 네트워크를 구성하기 때문입니다. 하지만 서비스는 파드같은 컨테이너가 아니라서 파드 네트워크에 조인할 수 없는데 서비스 정의 시 파드 간 통신이 가능한 이유는 Kube-Proxy 덕분입니다. Kube-proxy는 각 노드에서 실행되며, 클러스터 내 파드 간 네트워킹 및 트래픽 포워딩 규칙을 관리합니다. 이를 통해 클러스터 내부의 네트워크 및 서비스 기능을 제공합니다.

쿠버네티스 주요 컴포넌트

k8s에는 컨테이너 관리, 운영, 통신 등을 위한 컴포넌트들이 존재합니다. 이에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

Pod

• Pod는 쿠버네티스에서 가장 작은 단위의 컴포넌트이며, 하나 이상의 컨테이너를 캡슐화합니다.
• 일반적으로 하나의 컨테이너가 포함되지만, 로깅 및 로컬 통신을 위해 여러 컨테이너가 하나의 Pod에 함께 존재할 수 있습니다.
• yaml 예시

    apiVersion: v1
    kind: Pod
    metadata:
    name: myapp-pod
    labels:
        name: myapp
        type: front
  	
    spec:
    containers:
    - name: nginx-container
        image: nginx
  

ReplicaSets

• ReplicaSet은 항상 일정 수의 파드가 실행되도록 보장하며, 로드 밸런싱 및 스케일링을 지원합니다.
• 노드의 자원이 부족할 경우, 다른 노드에 파드를 생성합니다.
• yaml 예시

    apiVersion: apps/v1
    kind: ReplicaSet
    metadata:
    name: myapp-replica
    labels:
        name: myapp
        type: front
  	
    spec:
    template:
        metadata:
        name: myapp-pod
        labels:
            name: myapp
            type: front
        containers:
        - name: nginx-container
        image: nginx
    replicas: 3
    selector:
        matchLabels:
        type: front
  

• kubectl scale --replicas=6 replicaset myapp-replica 와 같이 type, name 넣어서 scale 변경이 가능.

Deployment

• Deployment는 파드와 ReplicaSet을 관리하며, 애플리케이션의 배포 및 관리를 자동화합니다.
• 롤링 업데이트, 스케일링, 버전 관리 등의 기능을 수행합니다.
• yaml 예시

    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
    labels:
        app: deploy
    spec:
    replicas: 3
    selector:
        matchLabels:
        app: deploy
    template:
        metadata:
        labels:
            app: deploy
        spec:
        containers:
        - name: nginx
            image: nginx
  

Service

• Service는 컴포넌트 간의 통신을 가능하게 합니다.
• Service types
  • NodePort: 노드의 특정 포트를 외부로 export하여 노드 IP와 포트를 통해 파드에 접근합니다. (노드 포트의 범위는 30000 ~ 32767 입니다)
  • ClusterIP는 내부에서 노드에서의 통신을 위해서 사용합니다. -> 파드는 생성되면 동적인 IP가 할당됩니다. 하지만 이런 동적 IP는 파드가 다시 뜨면 또 바뀌고 하기 때문에 내부 통신을 위한 정적 IP를 할당합니다.
  • LoadBalancer: 외부 트래픽을 규칙에 따라 여러 파드로 분산합니다.
    • 그림처럼 특정 url로 접근했을 때 이 트래픽을 규칙에 의해 특정 파드의 특정 포트로 포워딩을 할 수 있습니다. 이를 통해서 트래픽을 균등하게 분산하여 안정적이고 확장 가능한 서비스를 제공할 수 있습니다.

Namespace

• Namespace는 서비스, 디플로이먼트 등 관련된 리소스를 그룹화하여 클러스터 내 여러 애플리케이션 리소스를 효율적으로 관리할 수 있도록 도와줍니다.

마무리

이 문서는 과거 학습한 내용을 바탕으로 정리한 것입니다. 잘못된 부분이나 개선할 표현이 있다면 피드백 부탁드립니다.

Reference

• k8s docs
• Udemy CKA 강의