Docker와 Kubernetes

Docker와 Kubernetes에 대해 정리합니다.

- Virtual Machine vs Container
- 컨테이너?
- 컨테이너 오케스트레이션
- Kubernetes
  - Master
  - Node
  - Object

Virtual Machine vs Container

Virtual Machine(VM)

• Server -> Hypervisor -> Guest OS
• OS를 각각 설치하기 때문에 리소스 낭비가 있습니다.

Container

• 어플리케이션을 구동하는 환경을 격리한 Space
• Server -> Docker Engine -> Container
• VM에 비해 오버헤드가 적습니다.

컨테이너를 사용하면?

• Environment Disparity 문제 해결(제 맥북에서는 되는데요…!)
• 기능별로 모듈화를 할 수 있어 MSA를 구축할 수 있습니다.
• 언어와 프레임워크 상관없이 동일한 프로세스를 가질 수 있습니다.
• VM 대비 컨테이너 생성이 쉽고 빠릅니다.
• 컨테이너 이미지를 이용한 배포, 롤백이 간단합니다.
• 특정 클라우드 벤더(AWS, GCP…)에 종속적이지 않습니다. (멀티 클라우드도 가능)

MSA를 구축하면서 한 번에 여러 개의 컨테이너를 관리할 필요가 생깁니다

• 어느 서버가 비어있는지 어떻게 알 수 있을까?
• 배포와 롤백은 어떻게 할 수 있을까?
• Service Discovery, Monitoring을 어떻게 할 수 있을까?

컨테이너 오케스트레이션

• 복잡한 컨테이너 환경을 효과적으로 관리할 수 있습니다.

Cluster

• 마스터 노드로 중앙 제어를 할 수 있습니다.
• 많은 노드들을 클러스터 단위로 관리할 수 있습니다. - 추상화
• 노드들끼리 통신을 잘 할 수 있도록, 노드의 개수가 적절한지 모니터링합니다.

State

• 상태 관리

  { 
  image: "app"
  Replicas: 4
  }
  

• 클러스터에 오류가 생겼을 때 클러스터 개수를 적절히 유지 시켜줍니다.

Scheduling

• 배포 시 알맞은 노드에 어플리케이션을 할당해줍니다.

Rollout / Rollback

• 배포 버전을 관리합니다.
• 중앙 제어 방식

Service Discovery

• 서비스 등록 및 조회를 할 수 있습니다.

Volume

• 볼륨 스토리지를 관리합니다.
• 서비스마다 다양한 DB를 사용하고 싶을 때 다양한 볼륨 스토리지를 적용할 수 있도록 해줍니다.

쿠버네티스 Kubernetes

• 컨테이너를 쉽고 빠르게 배포/확장하고, 관리를 자동화하는 오케스트레이션 툴입니다.
• 많은 수의 컨테이너를 협조적으로 연동시키기 위한 통합 시스템, 이 컨테이너를 다루기 위한, API 및 명령행 도구(kubectl) 등이 함께 제공됩니다.
• 컨테이너의 운영체제 같은 것
• Google의 주도로 개발, CNCF가 관리합니다. 컨테이너 오케스트레이션의 사실상 표준(de facto)입니다.
• 컨테이너를 이용해 애플리케이션을 개발합니다.
• 도커 호스트를 관리합니다.
• 서버 리소스의 여유를 고려해서 컨테이너를 배치합니다.
• 스케일링
• 여러 개의 컨테이너 그룹에 대한 로드 밸런싱을 지원합니다.
• 헬스 체크 등…

용어 정리

기본 개념

• Control Plane과 Worker Node로 분리됩니다.

쿠버네티스 아키텍쳐

Desired State

• Current State 와 Desired State의 상태를 비교해서 같게 만드는 것이 쿠버네티스의 역할입니다.
• 이때 빈 노드에 어플리케이션을 할당해주는 것이 Scheduler, 컨테이너 상태를 체크해주는 것이 Controller 입니다.

Master

etcd

• 모든 상태와 데이터를 저장합니다.
• 고가용성 - 분산 시스템으로 구성해서 안정성을 높여줍니다
• 일관성
• key-value 형태로 데이터를 저장합니다.
• 저장소이다 보니 백업이 필수입니다.

API Server

• 상태를 바꾸거나 조회할 수 있습니다.
• etcd와 통신하는 유일한 모듈입니다.
• REST API 형태로 되어있습니다.
• 관리자 요청 뿐만 아니라 다양한 내부 모듈과 통신할 수 있습니다.
• horizontal로 확장되도록 디자인 되어있습니다.
• 권한을 관리합니다.

Scheduler

• 새로 생성된 pod를 감지하고 실행될 노드를 선택합니다.
• 노드의 현재 상태와 pod의 request를 체크합니다.
• 노드에 라벨을 부여합니다.(라벨로 트래킹을 할 수 있습니다.)

Controller

• 논리적으로 다양한 컨트롤러가 존재할 수 있습니다.(node controller, endpoint controller …)
• 상태를 체크하고 Desired State를 유지합니다.
• 복잡성을 낮추기 위해 하나의 프로세스로 실행합니다.
• 위 과정을 무한히 반복합니다.

Node

Kubelet

• 각 노드에서 실행합니다.
• Pod(컨테이너들을 POD로 감싸줍니다.)들을 실행하고 중지하며 상태를 체크합니다.
• CRI(Container Runtime Interface)

Proxy

• 네트워크 프록시와 부하 분산 역할들 담당합니다.
• 내/외부 통신을 설정합니다.
• 성능상의 이유로 프록시 프로그램 대신 iptables 또는 IPVS를 사용합니다.(설정만 관리)

쿠버네티스 오브젝트

Pod

• 가장 작은 배포 단위
• 컨테이너를 배포하는게 아니라 Pod를 배포합니다.
• 전체 클러스터에서 고유한 IP를 할당을 받습니다.
• 하나의 Pod 안에 여러 컨테이너가 속할 수 있습니다.

Replica Set

• 여러 개의 Pod를 관리합니다.
• Pod를 생성, 제거하여 원하는 Replica 수를 유지합니다.
• Replica Set을 사용하여 배포 버전을 관리하며 점진적으로 수를 유지하면서 무중단 배포를 실행합니다.

Clueter IP

• 클러스터 내부에서 사용하는 프록시입니다.
• Pod는 동적이지만 서비스는 고유 IP가 존재합니다.
• 클러스터 내부에서 서비스 연결 시 DNS를 이용합니다.
• 내부에서 사용하는 것으로 외부 웹 브라우저에서는 접근할 수 없습니다.

NodePort

• 노드(host)에 노출되어 외부에서 접근 가능한 서비스 입니다.
• 모든 노드에 동일한 포트로 생성됩니다. (어떤 노드에 보내 특정 클러스터 IP로 보낼 수 있습니다.)

LoadBalancer

• 하나의 IP 주소를 외부에 노출시켜줍니다.
• 부하를 분산시켜줍니다.

Ingress

• 도메인 또는 경로 별로 라우팅을 시켜줍니다.
• NodePort와 LoadBalancer를 만들어줍니다.
• cf. NGINX

쿠버네티스 API 호출

• Desired State를 다양한 오브젝트로 정의하고 API Serverdp yaml 파일로 전달합니다.

참고: DevOps Engineer, Flynn님 DevOps와 Kubernetes 특강

도서: 도커/쿠버네티스를 활용한 컨테이너 개발 실전 입문 - 야마다 아키노리