쿠버네티스 오브젝트 모델

쿠버네티스 오브젝트

쿠버네티스 생태계 (CNCF: Cloud Native Computing Foundation)

자세한 내용은 CNCF 홈페이지를 참고한다.

쿠버네티스 아키텍처

자세한 내용은 쿠버네티스 공식문서를 참고한다.

쿠버네티스 개념

자세한 내용은 쿠버네티스 공식문서를 참고한다.
클러스터 전체를 관리하는 컨트롤러로서 마스터 노드가 있다.
컨테이너가 배포되는 머신(가상머신 또는 물리적인 서버 머신)인 노드가 있다.

쿠버네티스 오브젝트

쿠버네티스는 상태를 관리하기 위한 대상을 오브젝트로 정의한다.
쿠버네티스 오브젝트는 쿠버네티스 시스템에서 영속성을 가지는 객체다.
쿠버네티스는 클러스터의 상태를 나타내기 위해 이 객체를 이용한다.
쿠버네티스 객체는 아래와 같은 특징을 가지고 있다.
- 어떤 컨테이너화된 애플리케이션이 동작 중인지 또는 어느 노드에서 동작 중인지 확인할 수 있다.
- 애플리케이션이 이용할 수 있는 리소스를 정의할 수 있다.
- 애플리케이션이 어떻게 재구동할 것인지, 업데이트할 것인지, 내결함성 (fault tolerance)과 같이 어떻게 동작해야 하는지에 대한 정책을 생성할 수 있다.
기본 오브젝트(Basic object), 컨트롤러(Controller), 오브젝트 스펙 및 메타 정보로 구성된다.

쿠버네티스 기본 오브젝트

쿠버네티스에 의해서 배포 및 관리되는 가장 기본적인 오브젝트는 컨테이너화되어 배포되는 애플리케이션의 워크로드를 기술하는 오브젝트다.
오브젝트는 사용자가 쿠버네티스에 바라는 상태(Desired state)를 의미하고 컨트롤러는 객체가 원래 설정된 상태를 잘 유지할 수 있도록 관리하는 역할을 한다.
Pod, Service, Volume, Namespace 4가지 속성이 있다.
Pod는 컨테이너화된 애플리케이션, Volume은 디스크, Service는 로드밸런서, Namespace는 패키지 이름을 의미한다.

Pod

쿠버네티스는 하나의 컨테이너를 개별적으로 배포하는 것이 아닌 Pod 단위로 배포한다.
쿠버네티스에서 가장 기본적인 배포 단위로 하나 이상의 컨테이너를 포함하는 단위다.
일반적으로 하나의 Pod에 하나의 컨테이너를 실행한다.
Pod 내의 컨테이너들은 IP, Port를 공유한다.
Pod가 재시작되면 IP가 변경되며 Pod내의 컨테이너들의 로컬 디스크의 내용이 사라진다.
Pod 내에 배포된 컨테이너간에는 디스크 볼륨을 공유할 수 있다.
아래는 Pod의 Object spec 예시이다.

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx
spec:
  containers:
    - name: nginx
      image: nginx:1.7.9
      ports:
        - containerPort: 8090

Volume

Pod가 기동될 때 기본값으로 컨테이너마다 로컬 디스크를 생성해서 기동되는데, 이렇게 생성된 로컬 디스크의 경우에는 영구적이지 않다.
데이터베이스와 같이 영구적으로 파일을 저장해야 하는 경우에는 컨테이너 재시작과 상관없이 파일을 영속적으로 저장해야 하는데, 이러한 형태의 스토리지 볼륨을 의미한다.
Pod와 동일한 Lifecycle을 가진다.
Volume(볼륨)은 컨테이너의 외장 디스크와 유사하며 Pod가 기동될 때 컨테이너에 마운트하여 사용할 수 있다.
쿠버네티스는 다양한 외장 디스크를 제공한다. iSCSI나 NFS와 같은 On-Premise 기반의 외장 스토리지 이외에 클라우드 외장 스토리지인 AWS EBS, Google PD 그리고 Github 등의 오픈소스 기반 외장 스토리지 서비스를 지원한다.

Service

Label Selector로 Pod를 선택하여 하나의 Endpoint로 노출한다.
프리버전을 사용하게 되면 WorkerNode의 NodePort로 밖에 접근할 방법이 없다.
아래와 같은 종류가 있다.
- ClusterIP
- NodePort
- LoadBalancer
- ExternalName
Pod와 Volume을 이용하여 컨테이너들을 정의한 후에 Pod 서비스로써 제공할 때 일반적으로 하나의 Pod로 서비스하는 경우는 드물고 여러개의 Pod를 서비스하며 이를 로드밸런서를 이용해 하나의 IP와 포트로 묶어서 서비스를 제공한다.
서비스를 정의할 때 어떤 Pod들을 Service로 묶을 것인지를 정의하는데 이를 Label Selector를 통해서 정의한다.
각 Pod를 생성할 때 Object Spec의 metadata 부분에 Pod에서 사용할 라벨(Label)을 정의한다.
Service는 Label Selector에서 특정 라벨을 가진 Pod만을 선택하여 Service에 연결한다.

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
  name: my-service
spec:
  selector:
    app: myapp
  ports:

Namespace

네임스페이스는 하나의 쿠버네티스 클러스터내의 논리적인 분리 단위다.
Pod, Service 등은 네임스페이스 별로 생성이나 관리가 될 수 있고, 사용자의 권한 역시 이 네임스페이스 별로 나눠서 부여가 가능하다.
네임스페이스로 할 수 있는 것은 사용자별로 네임스페이스별 접근 권한을 다르게 운영이 가능하고 네임스페이스별로 리소스를 쿼타(할당량)을 지정할 수 있고 네임스페이스별로 리소스를 나눠서 관리할 수 있다. (Pod, Service 등)
네임스페이스는 논리적인 분리 단위이지 물리적이나 기타 장치를 통해서 환경을 분리(Isolation)한 것이 아니며 다른 네임스페이스 간의 Pod라도 통신은 가능하다.

쿠버네티스 라벨

쿠버네티스 리소스

라벨은 쿠버네티스의 리소스를 선택하는데 사용된다.
각 리소스는 라벨을 가질 수 있고, 라벨 검색 조건에 따라서 특정 라벨을 가지고 있는 리소스만을 선택할 수 있다.
특정 리소스만 배포하거나 업데이트할 수 있고 또는 라벨로 선택된 리소스만 Service에 연결하거나 특정 라벨로 선택된 리소스에만 네트워크 접근 권한을 부여하는 등의 행위가 가능하다.
라벨은 metadata 섹션에 키/값 쌍으로 정의가 가능하다.

"metadata": {
  "labels": {
    "key1": "value1",
    "key2": "value2"
  }         
}

쿠버네티스 컨트롤러

컨트롤러는 기본 오브젝트들을 생성하고 이를 관리하는 역할을 한다.
컨트롤러는 Replication Controller (aka RC), Replication Set, DaemonSet, Job, StatefulSet, Deployment 등이 존재한다.

Replication Controller

Replication Controller는 Pod를 관리해주는 역할을 하는데, 지정된 숫자로 Pod를 기동시키고, 관리하는 역할을 한다.
Replication Controller는 크게 3가지 파트로 구성되는 Replica의 수, Pod Selector, Pod Template 총 3가지로 구성된다.

ReplicaSet

ReplicaSet은 Replication Controller의 새로운 버전이다.
Replication Controller는 Equality 기반 Selector를 이용하는데 반해, Replica Set은 Set 기반의 Selector를 이용한다.

Deployment

Deployment는 Replication Controller와 ReplicaSet의 상위 추상화 개념이다.
실제 운영에서는 ReplicaSet이나 Replication Controller를 바로 사용하는 것보다, 더 추상화된 Deployment를 사용한다.

DaemonSet

DaemonSet은 Pod가 각각의 노드에서 하나씩만 돌게 하는 형태로 Pod를 관리하는 컨트롤러다.
DaemonSet에 의해 관리되는 Pod는 모든 노드에 균등하게 하니씩만 배포할 수 있다.
특정 노드에만 Pod를 배포할 수 있도록, Pod의 "node selector"를 이용해서 라벨을 이용하여 특정 노드만을 선택할 수 있게 지원한다.

Job

워크로드 모델 중에서 배치나 한번 실행되고 끝나는 형태의 워크로드 모델을 지원하는 컨트롤러다.
Job에 의해서 관리되는 Pod는 Job이 종료되면 Pod를 같이 종료시킨다.
Job을 정의할 때 컨테이너 스펙 부분에 Image 뿐만 아니라 컨테이너에서 Job을 수행하기 위한 커멘드를 같이 입력한다.

StatefulSet

데이터베이스 등과 같이 상태를 가지고 있는 Pod를 지원하기 위해서 StatefulSet이 사용된다.
쿠버네티스의 디스크 볼륨에 대한 이해가 필요하다.

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