Overview

Concept

K8s는 하나 이상의 container로 이루어진 pod 클러스터를, 하나의 어플리케이션인 것처럼 운영하는 방법을 제시한다는 철학을 기반으로 하여, planning 하고 독립적이고 조합 가능한 제어 프로세스들로 구성된 오픈소스 플랫폼.

기존 전통적 방식(monolithic)의 서비스 운영에서의 난제인 CD 및 어플리케이션 운영 자동화/관리를, 컨테이너 기반의 마이크로 서비스 기반으로 전환 관리하기 위해 보다 쉽고 나은 solution을 제시한다.

Key Features - K8s provide you with:

• Service discovery and load balancing

  • Kubernetes can expose a container using the DNS name or using their own IP address. If traffic to a container is high, Kubernetes is able to load balance and distribute the network traffic so that the deployment is stable.

• Storage orchestration

  • Kubernetes allows you to automatically mount a storage system of your choice, such as local storages, public cloud providers, and more.

• Automated rollouts and rollbacks

  • You can describe the desired state for your deployed containers using Kubernetes, and it can change the actual state to the desired state at a controlled rate. For example, you can automate Kubernetes to create new containers for your deployment, remove existing containers and adopt all their resources to the new container.

• Automatic bin packing

  • You provide Kubernetes with a cluster of nodes that it can use to run containerized tasks. You tell Kubernetes how much CPU and memory (RAM) each container needs. Kubernetes can fit containers onto your nodes to make the best use of your resources.

• Self-healing

  • Kubernetes restarts containers that fail, replaces containers, kills containers that don’t respond to your user-defined health check, and doesn’t advertise them to clients until they are ready to serve.

• Secret and configuration management

  • Kubernetes lets you store and manage sensitive information, such as passwords, OAuth tokens, and SSH keys. You can deploy and update secrets and application configuration without rebuilding your container images, and without exposing secrets in your stack configuration.

What K8s is not:

• 지원하는 애플리케이션의 유형을 제약하지 않는다.

• 소스 코드를 배포하지 않으며 애플리케이션을 빌드하지 않는다.

• 애플리케이션 레벨의 서비스를 제공하지 않는다.

• 로깅, 모니터링 또는 경보 솔루션을 포함하지 않는다. 즉, 메트릭을 수집하고 노출하는 메커니즘을 제공한다.

• 쿠버네티스는 단순한 오케스트레이션 시스템이 아니다. 사실, 쿠버네티스는 오케스트레이션의 필요성을 없애준다. 오케스트레이션의 기술적인 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.

Architecture Components

컨트롤 플레인(control plane) 컴포넌트

• kube-apiserver

  • API 서버는 쿠버네티스 컨트롤 플레인의 프론트 엔드이다.

• etcd

  • 모든 클러스터 데이터를 담는 쿠버네티스 backend consistent and highly-available key value storestore.

• kube-scheduler

  • Node가 배정되지 않은 새로 생성된 pod를 감지하고, 실행할 node를 선택하는 컨트롤 플레인 컴포넌트.

  • 스케줄링 결정을 위해서 고려되는 요소는 리소스에 대한 개별 및 총체적 요구 사항, 하드웨어/소프트웨어/정책적 제약, 어피니티(affinity) 및 안티-어피니티(anti-affinity) 명세, 데이터 지역성, 워크로드-간 간섭, 데드라인을 포함한다.

• kube-controller-manager

  • 컨트롤러를 구동하는 마스터 상의 컴포넌트.

  • 논리적으로, 각 컨트롤러는 개별 프로세스이지만, 복잡성을 낮추기 위해 모두 단일 바이너리로 컴파일되고 단일 프로세스 내에서 실행된다.

  • 이들 컨트롤러는 다음을 포함한다.

    • 노드 컨트롤러(NC): 노드가 다운되었을 때 통지와 대응에 관한 책임을 가진다.

    • 리플리케이션 컨트롤러(RC): 시스템의 모든 레플리케이션 컨트롤러 오브젝트에 대해 알맞은 수의 파드들을 유지시켜 주는 책임을 가진다.

    • 엔드포인트 컨트롤러(EC): 엔드포인트 오브젝트를 채운다(즉, 서비스와 파드를 연결시킨다.)

    • 서비스 어카운트(SAC) & 토큰 컨트롤러(TC): 새로운 네임스페이스에 대한 기본 계정과 API 접근 토큰을 생성한다.

• cloud-controller-manager

  • 클라우드별 컨트롤 로직을 포함하는 쿠버네티스 컨트롤 플레인 컴포넌트

  • cloud-controller-manager는 클라우드 제공자 전용 컨트롤러만 실행한다. 자신의 사내 또는 PC 내부의 학습 환경에서 쿠버네티스를 실행 중인 경우 클러스터에는 클라우드 컨트롤러 매니저가 없다

  • kube-controller-manager와 마찬가지로 cloud-controller-manager는 논리적으로 독립적인 여러 컨트롤 루프를 단일 프로세스로 실행하는 단일 바이너리로 결합한다. 수평으로 확장(두 개 이상의 복제 실행)해서 성능을 향상시키거나 장애를 견딜 수 있다.

  • 다음 컨트롤러들은 클라우드 제공 사업자의 의존성을 가질 수 있다.

    • 노드 컨트롤러: 노드가 응답을 멈춘 후 클라우드 상에서 삭제되었는지 판별하기 위해 클라우드 제공 사업자에게 확인하는 것

    • 라우트 컨트롤러: 기본 클라우드 인프라에 경로를 구성하는 것

    • 서비스 컨트롤러: 클라우드 제공 사업자 로드밸런서를 생성, 업데이트 그리고 삭제하는 것

Node 컴포넌트

• kubelet

  • 클러스터의 각 노드에서 실행되는 에이전트.
    Kubelet은 파드에서 컨테이너가 확실하게 동작하도록 관리.

  • Kubelet은 8s를 통해 생성되지 않는 컨테이너는 관리하지 않는다.

• kube-proxy

  • kube-proxy는 클러스터의 각 노드에서 실행되는 네트워크 프록시로, 쿠버네티스의 서비스 개념의 구현부

  • kube-proxy는 노드의 네트워크 규칙을 유지 관리한다. 이 네트워크 규칙이 내부 네트워크 세션이나 클러스터 바깥에서 파드로 네트워크 통신을 할 수 있도록 해준다.

  • kube-proxy는 운영 체제에 가용한 패킷 필터링 계층이 있는 경우, 이를 사용한다. 그렇지 않으면, kube-proxy는 트래픽 자체를 포워드(forward)한다.

• Container runtime

  • 컨테이너 실행을 담당하는 소프트웨어

  •  도커(Docker), containerd, CRI-O 그리고 Kubernetes CRI (컨테이너 런타임 인터페이스)를 구현한 모든 소프트웨어 지원.

Addon

애드온은 쿠버네티스 리소스(데몬셋, 디플로이먼트 등)를 이용하여 클러스터 기능을 구현한다.
이들은 클러스터 단위의 기능을 제공하기 때문에 애드온에 대한 네임스페이스 리소스는 kube-system 네임스페이스에 속한다.(Not all).

선택된 일부 애드온은 아래에 설명하였고, 사용 가능한 전체 확장 애드온 리스트는 애드온을 참조한다

• DNS

  • 쿠버네티스에 의해 구동되는 컨테이너는 DNS 검색에서 이 DNS 서버를 자동으로 포함한다

• 웹 UI (대시보드)

• 컨테이너 리소스 모니터링

  • 컨테이너 리소스 모니터링은 중앙 데이터베이스 내의 컨테이너들에 대한 포괄적인 시계열 매트릭스를 기록하고 그 데이터를 열람하기 위한 UI를 제공해 준다.

• 클러스터-레벨 로깅

  • 클러스터-레벨 로깅 메커니즘은 검색/열람 인터페이스와 함께 중앙 로그 저장소에 컨테이너 로그를 저장하는 책임을 진다.

Understanding Terms(중요)

K8s에서 사용되는 용어 및 개념 이해는 아래 링크에 전체적으로 잘 나와있으므로, 참고 하도록 한다.

• 개념 이해 (1/2) : 기본 object

  • 내용 中, Pod에 대한 배포 패턴 즉 side car에 대한 설명은 K8s blog: The Distributed System ToolKit: Patterns for Composite Containers를 참고한다.

  • 내용 中, Replication Controller vs Replica Set 에 관해 짧게 설명되어 있는데, 보다 자세한 사항은 여기를 참고한다.

• 개념 이해 (2/2) : 고급 controller

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