[DevOps]Kubernetes 기본 개념부터 클러스터 구축까지, 컨테이너 오케스트레이션☸️

안녕하세요. 여러분! 🚀 오늘은 컨테이너 오케스트레이션의 핵심, 바로 Kubernetes (쿠버네티스) 의 세계로 함께 떠나볼 시간입니다! 마치 거대한 선박을 효율적으로 운항하는 선장처럼, Kubernetes는 수많은 컨테이너들을 자동화된 시스템으로 관리하고 운영할 수 있게 도와주는 컨테이너 오케스트레이션 도구입니다. ⚓️ 복잡하게 얽혀있는 컨테이너들을 효율적으로 관리하고 싶으신가요? Kubernetes가 그 해답이 될 수 있습니다!

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🎯 왜 Kubernetes가 필요할까요?

최근 마이크로서비스 아키텍처와 클라우드 네이티브 환경이 확산되면서 컨테이너 기술의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 하지만 수십, 수백 개의 컨테이너를 수동으로 관리하는 것은 상상만 해도 끔찍하죠. 🤯 컨테이너가 늘어날수록 배포, 확장, 네트워킹, 로드밸런싱, 장애 복구 등 관리해야 할 영역은 기하급수적으로 증가합니다.

이런 복잡성을 해결하기 위해 등장한 것이 바로 컨테이너 오케스트레이션 도구, 그 중에서도 가장 강력하고 널리 사용되는 Kubernetes입니다! Kubernetes는 컨테이너 기반 애플리케이션의 배포, 확장, 관리를 자동화하여 개발자와 운영자 모두에게 효율적인 워크플로우를 제공합니다. 마치 자동 항해 시스템처럼, Kubernetes는 여러분의 컨테이너들을 알아서 척척 관리해 줍니다! 🤖

Kubernetes의 주요 장점:

• 자동화된 배포 및 관리: 애플리케이션 배포, 업데이트, 롤백 과정을 자동화하여 개발 속도를 높이고 운영 부담을 줄여줍니다. 원클릭 배포의 시대! 🚀
• 뛰어난 확장성: 트래픽 증가에 따라 자동으로 컨테이너 수를 늘리고, 리소스를 효율적으로 관리하여 안정적인 서비스 운영을 보장합니다. 무한 확장! ♾️
• 높은 가용성: 컨테이너 장애 발생 시 자동으로 복구하고, 트래픽을 분산하여 서비스 중단 시간을 최소화합니다. 24시간 무중단 서비스! 🕒
• 서비스 디스커버리 및 로드밸런싱: 서비스 이름을 통해 컨테이너들을 찾고 연결해주며, 트래픽을 여러 컨테이너에 분산하여 성능을 향상시킵니다. 스마트 교통 정리 시스템! 🚦

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⚙️ Kubernetes 아키텍처, Control Plane과 Data Plane으로 역할 분담!

Kubernetes는 크게 Master Node (Control Plane) 와 Worker Node (Data Plane) 라는 두 가지 유형의 노드로 구성됩니다. 마치 회사의 조직 구조처럼, 각 역할에 따라 기능이 분담되어 효율적으로 시스템이 운영됩니다. 🏢

1. Master Node (Control Plane): Kubernetes의 두뇌 🧠

Master Node는 Kubernetes 클러스터의 중앙 제어 관리자 역할을 합니다. 클러스터 전체를 모니터링하고, 사용자의 명령을 처리하며, 워커 노드들을 관리합니다. Master Node는 다음과 같은 핵심 구성 요소들을 포함합니다.

• kube-apiserver: Kubernetes API 서버로, 사용자, kubectl CLI, 그리고 다른 Kubernetes 구성 요소들과의 통신을 담당하는 얼굴과 같은 존재입니다. 모든 요청은 API 서버를 통해 처리됩니다. 🗣️
• kube-scheduler: 새로운 Pod (Kubernetes의 기본 배포 단위) 를 어떤 Worker Node에 배치할지 결정하는 스케줄러입니다. 워커 노드의 자원 사용량, 요구 사항 등을 고려하여 최적의 노드를 찾아 Pod를 할당합니다. 🗓️
• kube-controller-manager: Kubernetes 클러스터의 상태를 지속적으로 모니터링하고, 사용자가 정의한 상태를 유지하도록 컨트롤러들을 관리하는 컨트롤 타워입니다. 다양한 컨트롤러들이 (Node Controller, Replication Controller, Endpoint Controller 등) 클러스터의 상태를 안정적으로 유지합니다. 🗼
• etcd: 클러스터의 모든 설정 정보와 상태 정보를 저장하는 분산 키-값 저장소입니다. Kubernetes 클러스터의 심장과 같은 중요한 역할을 하며, 높은 안정성과 일관성을 보장합니다. 🗄️

2. Worker Node (Data Plane): 컨테이너들의 일터 🏭

Worker Node는 실제로 컨테이너를 실행하고 애플리케이션을 구동하는 일꾼 역할을 합니다. Master Node의 지시를 받아 컨테이너를 배포하고 관리하며, 애플리케이션의 실제 워크로드를 처리합니다. Worker Node는 다음과 같은 핵심 구성 요소를 포함합니다.

• kubelet: 각 Worker Node에서 실행되는 에이전트로, Master Node의 명령을 받아 컨테이너를 실행하고 관리하며, 노드의 상태를 Master Node에 보고합니다. Worker Node의 매니저 역할입니다. 🧑‍💼
• kube-proxy: 각 Worker Node에서 실행되는 네트워크 프록시로, Kubernetes Service의 로드밸런싱 및 네트워크 규칙을 관리합니다. 서비스 요청을 적절한 컨테이너로 라우팅하는 교통 경찰과 같습니다. 👮
• Container Runtime (Docker, containerd, CRI-O): 실제로 컨테이너를 실행하는 엔진입니다. Docker 외에도 containerd, CRI-O 등 다양한 컨테이너 런타임을 사용할 수 있습니다. 엔진 종류는 자동차 종류와 같아요! 🚗

Control Plane vs Data Plane 역할 구분:

• Control Plane (Master Node): 클러스터의 제어 및 관리를 담당합니다. 전체 시스템의 정책 결정, 스케줄링, 상태 관리 등을 수행합니다. 최고 경영진과 같아요! executive officer 👔
• Data Plane (Worker Node): 실제 데이터 처리 및 애플리케이션 실행을 담당합니다. 컨테이너를 실행하고, 네트워크를 연결하며, 사용자의 요청을 처리합니다. 현장 작업자와 같아요! 👷

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☸️ Kubernetes 핵심 개념 파헤치기 (Pod, Deployment, Service, Namespace 등)

Kubernetes를 효과적으로 사용하기 위해서는 몇 가지 핵심 개념을 명확하게 이해해야 합니다. Kubernetes는 다양한 추상화 개념을 제공하여 컨테이너 관리를 더욱 쉽고 효율적으로 만들어줍니다. 레고 블록처럼, 각 개념들을 조합하여 복잡한 시스템을 구축할 수 있습니다! 🧱

 

Pod (포드): 컨테이너 추상화의 기본 단위, 함께 움직이는 컨테이너 그룹 📦

• Pod는 Kubernetes에서 배포 및 관리의 기본 단위입니다. 하나 이상의 컨테이너를 묶어 놓은 그룹으로, 동일한 네트워크와 스토리지를 공유합니다. 마치 하나의 택배 상자에 여러 개의 물건을 담는 것처럼, Pod 안에 여러 개의 컨테이너를 함께 묶어서 배포할 수 있습니다. 📦 Pod는 일시적인 존재이며, 장애 발생 시 재생성될 수 있습니다.

Deployment (디플로이먼트): 무중단 배포, 롤백, Pod 생명 주기 관리 담당, 든든한 배포 관리자 🛡️

• Deployment는 Pod를 선언적으로 관리하는 오브젝트입니다. ReplicaSet을 자동으로 관리하여 지정된 수의 Pod를 항상 유지하고, 무중단 배포 (Rolling Update) 와 롤백 기능을 제공합니다. 마치 건설 현장의 현장 소장처럼, Deployment는 Pod들의 생명 주기를 관리하고 안정적인 배포를 책임집니다. 👷‍♂️

Service (서비스): Pod IP 변동 문제 해결, 서비스 디스커버리 및 로드밸런싱 제공, 서비스 연결 통로 🚪

• Service는 Pod의 IP 주소 변동 문제를 해결하고, 서비스 디스커버리와 로드밸런싱 기능을 제공하는 추상화된 개념입니다. Pod는 IP 주소가 유동적으로 변하기 때문에, Service를 통해 고정된 접근 경로 (IP 주소 또는 DNS 이름) 를 제공하여 외부 또는 내부에서 Pod에 안정적으로 접근할 수 있도록 합니다. 마치 건물의 정문처럼, Service는 외부 요청을 클러스터 내부 서비스로 연결해주는 역할을 합니다. 🚪 Service Types에는 ClusterIP, NodePort, LoadBalancer 등이 있습니다.

Namespace (네임스페이스): 리소스 격리 및 논리적 그룹핑 단위, 프로젝트 공간 분리 🗂️

• Namespace는 Kubernetes 클러스터 내에서 리소스 (Pod, Deployment, Service 등) 를 논리적으로 격리하고 그룹핑하는 단위입니다. 마치 컴퓨터의 폴더처럼, Namespace를 사용하여 프로젝트, 팀, 환경별로 리소스를 분리하고 관리할 수 있습니다. 여러 팀이 하나의 Kubernetes 클러스터를 공유하는 경우, Namespace를 통해 리소스 충돌을 방지하고 관리 효율성을 높일 수 있습니다. 🗂️

ConfigMap (컨피그맵): 설정 파일 관리 및 애플리케이션 설정 외부화, 설정 정보 보관소 ⚙️

• ConfigMap은 애플리케이션의 설정 파일 (configuration file) 을 key-value 형태로 관리하는 오브젝트입니다. 설정을 코드에서 분리하여 관리하고, 환경 변화에 유연하게 대응할 수 있도록 도와줍니다. 마치 애플리케이션의 설정 메뉴처럼, ConfigMap은 설정 정보를 한 곳에 모아서 관리하고 쉽게 변경할 수 있도록 해줍니다. ⚙️

Secret (시크릿): 민감 정보 (API 키, 패스워드) 안전하게 관리, 비밀 정보 금고 🔑

• Secret은 API 키, 패스워드, 인증서 와 같은 민감한 정보를 안전하게 관리하는 오브젝트입니다. 일반적인 ConfigMap과 달리 Secret은 암호화되어 저장되며, 특정 컨테이너만 접근 권한을 가질 수 있도록 보안 기능을 제공합니다. 마치 은행의 금고처럼, Secret은 중요한 비밀 정보를 안전하게 보관하고 관리합니다. 🔑

Ingress (인그레스): 외부 요청 Kubernetes 클러스터 내부 서비스로 라우팅 (HTTP/HTTPS 로드밸런싱), 외부 접근 관문 🌐

• Ingress는 HTTP/HTTPS 기반의 외부 요청을 Kubernetes 클러스터 내부 Service로 라우팅 해주는 오브젝트입니다. 외부에서 들어오는 요청을 분석하여, 정의된 규칙에 따라 적절한 Service로 연결해주고, 로드밸런싱, SSL/TLS 암호화, URL 기반 라우팅 등의 기능을 제공합니다. 마치 도시의 관문처럼, Ingress는 외부 세계와 Kubernetes 클러스터 내부를 연결하는 역할을 합니다. 🌐

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💻 Minikube와 Kind로 로컬 Kubernetes 클러스터 구축

Kubernetes를 배우기 위한 가장 좋은 방법은 직접 클러스터를 구축하고 사용해보는 것입니다! Minikube와 Kind는 로컬 환경에서 Kubernetes 클러스터를 쉽게 구축할 수 있도록 도와주는 훌륭한 도구입니다. 나만의 Kubernetes 놀이터를 만들어 볼까요? 🧸

1. Minikube를 이용한 로컬 Kubernetes 클러스터 구축:

Minikube는 단일 노드 Kubernetes 클러스터를 로컬 환경에 구축하는 데 특화된 도구입니다. Docker, VirtualBox, Hyperkit 등 다양한 VM 드라이버를 지원하며, 간단하게 클러스터를 생성하고 관리할 수 있습니다.

• Minikube 설치: Minikube 공식 문서 (https://minikube.sigs.k8s.io/docs/start/) 를 참고하여 운영체제에 맞는 Minikube를 설치합니다. (Mac, Windows, Linux 모두 지원)
• Minikube 클러스터 생성 및 시작: 터미널에서 minikube start 명령어를 실행하여 클러스터를 생성하고 시작합니다. --vm-driver 옵션을 사용하여 VM 드라이버를 선택하고, --kubernetes-version 옵션을 사용하여 Kubernetes 버전을 지정할 수 있습니다. 예를 들어, minikube start --vm-driver=docker --kubernetes-version=v1.28.0 와 같이 사용할 수 있습니다.
• kubectl 설치 및 Minikube 연동: kubectl은 Kubernetes 클러스터를 관리하는 명령줄 도구입니다. Minikube 설치 시 kubectl도 함께 설치되거나, 별도로 설치해야 할 수 있습니다. minikube kubectl 명령어를 사용하여 Minikube 클러스터와 kubectl을 연동합니다.
• Minikube 기본 명령어 실습:
  • minikube status: 클러스터 상태 확인
  • minikube dashboard: Kubernetes Dashboard (웹 UI) 실행
  • minikube stop: 클러스터 중지
  • minikube delete: 클러스터 삭제

2. Kind를 이용한 로컬 Kubernetes 클러스터 구축:

Kind (Kubernetes IN Docker)는 Docker 컨테이너 내에 Kubernetes 클러스터를 구축하는 도구입니다. Minikube보다 가볍고 빠르게 클러스터를 생성할 수 있으며, CI/CD 환경에서 테스트 용도로 사용하기에 적합합니다.

• Kind 설치: Kind 공식 문서 (https://kind.sigs.k8s.io/docs/user/quick-start/) 를 참고하여 운영체제에 맞는 Kind를 설치합니다. (Mac, Windows, Linux 모두 지원)
• Kind 클러스터 생성 및 시작: 터미널에서 kind create cluster 명령어를 실행하여 클러스터를 생성하고 시작합니다.
• kubectl Kind 연동: Kind 클러스터 생성 시 kubectl 컨텍스트가 자동으로 설정됩니다. kubectl cluster-info --context kind-kind 명령어를 통해 Kind 클러스터에 연결되었는지 확인할 수 있습니다.
• Kind 기본 명령어 실습:
  • kind get clusters: 생성된 클러스터 목록 확인
  • kind delete cluster: 클러스터 삭제

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🖥️ Kubernetes 시각화 도구 활용 (K9s, Lens)

Kubernetes 클러스터 내부를 텍스트 기반 명령어로만 관리하는 것은 다소 불편할 수 있습니다. K9s와 Lens와 같은 시각화 도구를 활용하면 클러스터의 상태를 직관적으로 모니터링하고, 관리 효율성을 높일 수 있습니다. 마치 게임의 UI처럼, 클러스터 상태를 한눈에 파악하고 쉽게 조작할 수 있습니다! 🎮

1. K9s: 터미널 기반 Kubernetes 클러스터 관리 도구 ⌨️

K9s는 터미널 기반의 Kubernetes 클러스터 관리 도구입니다. 텍스트 기반이지만, 다양한 기능을 제공하여 터미널 환경에서도 효율적으로 클러스터를 관리할 수 있도록 도와줍니다.

• K9s 설치: K9s 공식 GitHub 저장소 (https://github.com/derailed/k9s) 에서 운영체제에 맞는 K9s를 다운로드하여 설치합니다.
• K9s 기본 사용법: 터미널에서 k9s 명령어를 실행하여 K9s를 실행합니다. Pod, Deployment, Service 등 다양한 Kubernetes 리소스를 모니터링하고 관리할 수 있습니다. 키보드 단축키를 사용하여 리소스 목록 탐색, 로그 확인, 컨테이너 쉘 접속 등 다양한 작업을 수행할 수 있습니다.

2. Lens: GUI 기반 Kubernetes 클러스터 관리 도구 🖱️

Lens는 GUI 기반의 Kubernetes 클러스터 관리 도구입니다. 시각적인 인터페이스를 통해 클러스터의 상태를 쉽게 파악하고, 다양한 관리 기능을 편리하게 사용할 수 있도록 도와줍니다.

• Lens 설치: Lens 공식 웹사이트 (https://k8slens.dev/) 에서 운영체제에 맞는 Lens를 다운로드하여 설치합니다.
• Lens 클러스터 연결 및 GUI 기능 소개: Lens를 실행하고, 클러스터 연결 마법사를 통해 Minikube 또는 Kind 클러스터를 연결합니다. Lens GUI를 통해 리소스 탐색, 로그 확인, 터미널 접속, 메트릭 모니터링 등 다양한 기능을 사용할 수 있습니다.

➕ 추가 학습

Kubernetes는 방대하고 심오한 세계입니다. 오늘 배운 내용은 Kubernetes의 빙산의 일각일 뿐이죠. Kubernetes를 더욱 깊이 있게 탐구하고 싶다면, 다음 주제들을 추가적으로 학습해 보세요. 🧊

• Kubernetes 아키텍처 심층 학습: Control Plane Components와 Data Plane Components 간의 상호 작용 방식, 각 구성 요소의 내부 동작 방식 등을 자세히 알아보세요. 🧩
• Kubernetes 네트워크 모델: CNI (Container Network Interface), Service Discovery, Ingress Controller 등 Kubernetes 네트워킹의 핵심 기술들을 심층적으로 학습하세요. 🌐
• etcd 분산 키-값 저장소: etcd의 역할, 데이터 관리 방식, 고가용성 구성 방법 등을 학습하여 Kubernetes 데이터 관리의 핵심을 이해하세요. 🗄️
• Kubernetes 인증 및 권한 관리 (RBAC): RBAC (Role-Based Access Control) 개념, Role, RoleBinding, ClusterRole, ClusterRoleBinding 등을 학습하여 Kubernetes 보안 및 접근 제어를 마스터하세요. 🛡️

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✅ Kubernetes 기본 개념 마스터, 로컬 클러스터 구축 완료!

축하합니다! 🎉 이 튜토리얼을 통해 Kubernetes의 기본적인 개념과 로컬 클러스터 구축 방법을 성공적으로 학습하셨습니다! 이제 여러분은 Kubernetes라는 강력한 도구를 사용하여 컨테이너 오케스트레이션의 첫 걸음을 내딛었습니다. 👏

다음 장에서는 Kubernetes에 애플리케이션을 배포하는 기본적인 방법을 Deployment와 Service를 이용하여 자세히 알아보겠습니다. Kubernetes를 활용한 애플리케이션 배포의 세계로 함께 나아가 볼까요? 🚀☸️