[k8s] Kubernetes란?

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쿠버네티스란 무엇인가?

공식 사이트를 이용하여 정리했습니다.

쿠버네티스란?

쿠버네티스는 컨테이너화된 워크로드와 서비스를 관리하기 위한 이식성이 있고, 확장가능한 오픈소스 플랫폼이다.
쿠버네티스는 선언적 구성과 자동화를 모두 용이하게 해준다. 쿠버네티스는 크고, 빠르게 성장하는 생태계를 가지고 있다.
쿠버네티스 서비스, 기술 지원 및 도구는 어디서나 쉽게 이용할 수 있다.

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쿠버네티스의 역사적 배경

전통적인 배포 시대

초기 조직은 애플리케이션을 물리 서버에서 실행했다. 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, 결과적으로 다른 애플리케이션의 성능이 저하될 수 있었다. 이에 대한 해결책으로 서로 다른 여러 물리 서버에서 각 애플리케이션을 실행할 수도 있다. 그러나 이는 리소스가 충분히 활용되지 않는다는 점에서 확장 가능하지 않았으며, 조직이 많은 물리 서버를 유지하는 데에 높은 비용이 들었다.

가상화된 배포 시대

그 해결책으로 가상화가 도입되었다. 단일 물리 서버의 CPU에서 여러 가상 시스템을 실행할 수 있게 한다. 가상화를 사용하면 VMㄱ나에 애플리케이션을 격리하고 애플리케이션의 정보를 다른 애플리케이션에서 자유롭게 액세스할 수 없으므로, 일정 수준의 보안성을 제공할 수 있다. 가상화를 사용하면 물리 서버에서 리소스를 보다 효율적을 활용할 수 있으며, 쉽게 애플리케이션을 추가하거나 업데이트할 수 있고 하드웨어 비용을 절감할 수 있어 더 나은 확장성을 제공한다. 가상화를 통해 일련의 물리소스를 폐기 가능한 가상 머신으로 구성된 클러스터로 만들 수 있다.

컨테이너 개발 시대

컨테이너는 VM과 유사하지만 격리 속성을 완화하여 애플리케이션 간에 OS를 공유한다. 그러므로 컨테이너는 가볍다고 여겨진다. VM과 마찬가지로 컨테이너에는 자체 파일 시스템, CPU 점유율, 메모리, 프로세스 공간 등이 있다. 기본 인프라와 종속성을 끊기 때문에, 클라우드나 OS 배포본에 모두 이식할 수 있다.

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쿠버네티스가 아닌 것

쿠버네티스는 PaaS가 일반적으로 제공하는 배포, 스케일링, 로드 밸런싱과 같은 기능을 제공하며, 사용자가 로깅, 모니터링 및 알림 솔루션을 통합할 수 있다. 하지만 쿠버네티스는 모놀리식이 아니어서, 이런 기본 솔루션이 선택적이며 추가나 제거가 용이하다. 쿠버네티스는 개발자 플랫폼을 만드는 구성 요소를 제공하지만, 필요한 경우 사용자의 선택권과 유연성을 지켜준다.

• 쿠버네티스는 지원하는 애플리케이션의 유형을 제약하지 않는다. Stateless 워크로드, Stateful 워크로드, 데이터 처리를 위한 워크로드를 포함해서 극단적으로 다양한 워크로드를 지원하는 것을 목표로 한다. 애플리케이션이 컨테이너에서 구동될 수 있다면, 쿠너베티스에서도 잘 동작할 것이다.
• 소스 코드를 배포하지 않으며 애플리케이션을 빌드하지 않는다. CI/CD 워크 플로우는 조직문화와 취향에 따를 뿐만 아니라 기술적인 요구사항으로 결정된다.
• 애플리케이션 레벨의 서비스를 제공하지 않는다. 애플리케이션 레벨의 서비스에는 미들웨어, 데이터 처리 프레임워크, 데이터베이스, 캐시 또는 클러스터 스토리지 시스템 등이 있다. 이런 컴포넌트는 쿠버네티스 상에서 구동될 수 있고, 쿠버네티스 상에서 구동 중인 애플리케이션이 Open Service Broker와 같은 이식 가능한 메커니즘을 통해 접근할 수도 있다.
• 로깅, 모니터링 또는 경보 솔루션을 포함하지 않는다. 개념 증명을 위한 일부 통합이나, 메트릭을 수집하고 노출하는 메커니즘을 제공한다.
• 기본 설정 언어/시스템을 제공하거나 요구하지 않는다. 선언적 명세의 임의적인 형식을 목적으로 선언적 API를 제공한다.
• 포괄적인 머신 설정, 유지보수, 관리, 자동 복구 시스템을 제공하거나 채택하지 않는다.
• 쿠버네티스는 단순한 오케스트레이션 시스템이 아니다. 쿠버네티스는 오케스트레이션의 필요성을 없애준다. 오케스트레이션의 기술적 정의는 A를 먼저 한 다음, B를 하고, C를 하는 것과 같이 정의된 워크플로우를 수행하는 것이다. 반면에, 쿠버네티스는 독립적이고 조합 가능한 제어 프로세스들로 구성되어 있다. 이 프로세스는 지속적으로 현재 상태를 입력받은 의도한 상태로 나아가도록 한다. A에서 C로 어떻게 갔는지는 상관이 없다. 중앙화된 제어도 필요치 않다. 이로써 시스템이 보다 더 사용하기 쉬워지고, 강력해지며, 견고하고, 회복력을 갖추게 되며, 확장 가능해진다.

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쿠버네티스가 왜 필요하고 무엇을 할 수 있는가

컨테이너는 애플리케이션을 포장하고 실행하는 좋은 방법이다. 프로덕션 환경에서는 애플리케이션을 실행하는 컨테이너를 관리하고 가동 중지 시간이 없는지 확인해야 한다.
예를 들어 컨테이너가 다운되면 다른 컨테이너를 다시 시작해야 한다. 이 문제를 시스템에 의해 처리한다면 더 쉽지 않을까? 바로 쿠버네티스가 필요한 이유다.

쿠버네티스는 분산 시스템을 탄력적으로 실행하기 위한 프레임 워크를 제공한다. 애플리케이션의 확장과 장애 조치를 처리하고, 배포 패턴 등을 제공한다. 예를 들어, 쿠버네티스는 시스템의 카나리아 배포를 쉽게 관리할 수 있다.
쿠버네티스는 서비스 디스커버리와 로드밸런싱, 스토리지 오케스트레이션, 자동화된 롤아웃과 롤백, 자동화된 빈 패킹, 자동화된 복구, 시크릿과 구성 관리를 제공한다.

• 서비스 디스커버리와 로드밸런싱 : 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.
• 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 : 컨테이너화된 작업을 실행하는데 사용할 수 있는 쿠버네티스 클러스터 노드를 제공한다. 각 컨테이너가 필요로 하는 CPU와 메모리를 쿠버네티스에게 지정한다. 쿠버네티스는 컨테이너를 노드에 맞춰서 리소스를 가장 잘 사용할 수 있도록 해준다.
• 자동화된 복구 : 쿠버네티스는 실패한 컨테이너를 다시 시작하고, 컨테이너를 교체하며, '사용자 정의 상태 검사'에 응답하지 않는 컨테이너를 죽이고, 서비스 준비가 끝날 때까지 그러한 과정을 클라이언트에게 보여주지 않는다.
• 시크릿과 구성 관리: 쿠버네티스를 사용하면 암호, OAuth 토큰 및 SSH 키와 같은 중요한 정보를 저장하고 관리할 수 있다. 컨테이너 이미지를 재구성하지 않고 스택 구성에 시크릿을 노출하지 않고도 시크릿 및 애플리케이션 구성을 배포 및 업데이트할 수 있다.
• 배치 실행 : 서비스 외에도 배치 및 CI 워크로드를 관리하여 원하는 경우 장애가 발생한 컨테이너를 대체할 수 있다.
• 수평 스케일링 : 간단한 명령어, UI 또는 CPU 사용량에 따라 애플리케이션을 자동으로 확장할 수 있다.
• IPv4/IPv6 이중 스택 : Pod와 서비스에 IPv4와 IPv6 주소 할당.
• 확장성 : 업스트림 소스 코드를 변경하지 않고도 쿠버네티스 클러스터에 기능을 추가할 수 있다.