Kubernetes를 활용한 배포

개요

**Kubernetes (K8s)**는 Google이 개발한 오픈소스 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼으로, 대규모 컨테이너 애플리케이션의 배포, 스케일링, 관리를 자동화합니다.

특징

자동 스케일링: 트래픽에 따라 자동으로 Pod 수 조절
자동 복구: 실패한 컨테이너 자동 재시작 및 교체
로드 밸런싱: 트래픽을 여러 Pod에 자동 분산
롤링 업데이트: 무중단 배포 지원
서비스 디스커버리: 동적 서비스 등록 및 발견
스토리지 관리: 영구 저장소 자동 프로비저닝

Kubernetes의 역사

2014년: Google이 Kubernetes 오픈소스 공개
2015년: Cloud Native Computing Foundation (CNCF)에 기부
현재: 컨테이너 오케스트레이션의 사실상 표준

Kubernetes란?

**Kubernetes (K8s)**는 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼으로, 대규모 컨테이너 애플리케이션의 배포, 스케일링, 관리를 자동화합니다.

작동 원리

선언적 구성: 원하는 상태를 YAML로 정의
Control Plane: API Server가 상태 관리
Controller: 실제 상태를 원하는 상태로 조정
Scheduler: Pod를 적절한 노드에 배치
kubelet: 노드에서 Pod 관리 및 상태 보고

Kubernetes 아키텍처 개요

Control Plane (Master):

클러스터 전체 관리
API Server, etcd, Scheduler, Controller Manager

Worker Nodes:

실제 워크로드 실행
kubelet, kube-proxy, Container Runtime

핵심 요소와 개념

1. Pod (파드)

Pod는 Kubernetes에서 가장 작은 배포 단위입니다.

핵심 개념:

하나 이상의 컨테이너를 포함
컨테이너들은 같은 네트워크와 스토리지 공유
일시적(Ephemeral): 생성되고 삭제됨
고유한 IP 주소 할당

Pod 생명주기:

Pending: 스케줄링 대기
Running: 실행 중
Succeeded: 정상 종료
Failed: 실패
Unknown: 상태 확인 불가

심화 학습:

Init Containers: 메인 컨테이너 실행 전 초기화
Sidecar 패턴: 로깅, 프록시 등 보조 컨테이너
Pod Disruption Budget: 중단 허용 최소 Pod 수

2. Deployment (디플로이먼트)

Deployment는 Pod의 배포 및 관리를 담당합니다.

핵심 기능:

ReplicaSet 관리: 지정된 수의 Pod 유지
롤링 업데이트: 무중단 업데이트
롤백: 이전 버전으로 복귀
스케일링: Pod 수 조절

배포 전략:

RollingUpdate: 순차적 교체 (기본)
Recreate: 전체 중지 후 재생성

심화 학습:

Deployment Revision: 변경 이력 추적
Rollout Status: 배포 상태 모니터링
Deployment 전략 커스터마이징

3. Service (서비스)

Service는 Pod 집합에 대한 안정적인 네트워크 엔드포인트를 제공합니다.

Service 유형:

ClusterIP: 클러스터 내부 접근 (기본)
NodePort: 노드 IP:포트로 접근
LoadBalancer: 외부 로드 밸런서 생성 (클라우드)
ExternalName: 외부 서비스를 DNS로 참조

작동 원리:

Label Selector로 Pod 선택
자동으로 Endpoints 생성
kube-proxy가 트래픽 라우팅

심화 학습:

Headless Service: DNS 기반 서비스 디스커버리
Session Affinity: 같은 Pod로 라우팅
Service Mesh (Istio): 고급 트래픽 관리

4. ReplicaSet (레플리카셋)

ReplicaSet은 지정된 수의 Pod 복제본을 유지합니다.

핵심 기능:

Pod 수 유지: 지정된 replica 수 보장
자동 복구: 실패한 Pod 자동 교체

Deployment와의 관계:

Deployment가 ReplicaSet을 관리
직접 사용하는 경우는 드묾

5. Namespace (네임스페이스)

Namespace는 클러스터를 논리적으로 분리합니다.

기본 Namespace:

default: 기본 네임스페이스
kube-system: 시스템 컴포넌트
kube-public: 공개 정보
kube-node-lease: 노드 하트비트

사용 사례:

환경 분리: dev, staging, prod
팀별 리소스 분리
리소스 할당량 관리

심화 학습:

Resource Quota: 리소스 제한
Network Policy: 네트워크 격리
RBAC: 권한 관리

6. ConfigMap과 Secret

ConfigMap:

애플리케이션 설정 데이터
YAML, JSON, 환경 변수 등
Key-Value 쌍으로 관리

Secret:

민감한 정보 (비밀번호, 토큰 등)
Base64 인코딩 (암호화 아님)
별도 관리 필요

사용 방법:

환경 변수로 주입
볼륨으로 마운트
Init Container에서 사용

심화 학습:

External Secrets Operator: 외부 시크릿 관리 도구
Sealed Secrets: 암호화된 Secret
Vault 통합: HashiCorp Vault 연동

7. PersistentVolume (PV)와 PersistentVolumeClaim (PVC)

PersistentVolume (PV):

클러스터의 스토리지 리소스
관리자가 프로비저닝

PersistentVolumeClaim (PVC):

사용자가 스토리지를 요청
동적으로 PV 할당 가능

스토리지 클래스:

동적 프로비저닝 설정
성능별로 다른 스토리지 타입
SSD, HDD 등

심화 학습:

StatefulSet: 상태를 가진 애플리케이션 배포
Volume Snapshot: 볼륨 스냅샷
스토리지 마이그레이션

8. Ingress (인그레스)

Ingress는 클러스터 외부에서 내부 Service로의 HTTP/HTTPS 접근을 관리합니다.

기능:

URL 기반 라우팅
SSL/TLS 종료
로드 밸런싱
가상 호스팅

Ingress Controller:

Nginx Ingress Controller (가장 인기)
Traefik
Istio Gateway

심화 학습:

Ingress Rules: 경로 기반 라우팅
SSL/TLS 인증서 관리 (Cert-Manager)
Canary 배포 (Istio/Nginx)

9. Horizontal Pod Autoscaler (HPA)

HPA는 CPU/메모리 사용량에 따라 Pod 수를 자동 조절합니다.

메트릭:

CPU 사용률
메모리 사용률
커스텀 메트릭 (Prometheus 등)

작동 원리:

Metrics Server에서 메트릭 수집
목표 사용률과 비교
ReplicaSet 스케일 조정

심화 학습:

Vertical Pod Autoscaler (VPA)
Cluster Autoscaler: 노드 자동 스케일링
Custom Metrics: Prometheus 통합

10. DaemonSet과 StatefulSet

DaemonSet:

모든 노드에 Pod 실행
로깅 에이전트, 모니터링 에이전트 등

StatefulSet:

상태를 가진 애플리케이션 배포
순서 있는 배포 및 스케일링
안정적인 네트워크 ID
영구 스토리지

Kubernetes의 주요 기능

자동 스케일링: 트래픽에 따라 Pod 수 조절
자동 복구: 실패한 컨테이너 자동 재시작
로드 밸런싱: 트래픽을 여러 Pod에 분산
롤링 업데이트: 무중단 배포
서비스 디스커버리: 자동 서비스 등록 및 발견
스토리지 관리: 영구 저장소 연결

Kubernetes 아키텍처

클러스터 구성 요소

구성 요소	설명
Master Node	클러스터 제어 및 관리
Worker Node	실제 애플리케이션 실행
Pod	하나 이상의 컨테이너 그룹
Service	Pod에 대한 안정적인 네트워크 엔드포인트
Deployment	Pod의 배포 및 관리를 담당
Namespace	리소스의 논리적 분리

Master Node 컴포넌트

API Server: 클러스터의 통신 중심
etcd: 클러스터 상태 저장소
Scheduler: Pod를 적절한 노드에 배치
Controller Manager: 클러스터 상태 관리

Worker Node 컴포넌트

kubelet: 노드에서 Pod 관리
kube-proxy: 네트워크 프록시 및 로드 밸런싱
Container Runtime: Docker, containerd 등

기본 리소스

Pod

가장 작은 배포 단위:

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: my-pod
spec:
  containers:
  - name: my-container
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

Deployment

Pod의 배포 및 관리를 담당:

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: my-app:latest
        ports:
        - containerPort: 3000

Service

Pod에 대한 네트워크 접근 제공:

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app-service
spec:
  selector:
    app: my-app
  ports:
  - protocol: TCP
    port: 80
    targetPort: 3000
  type: LoadBalancer

배포 실전

1. 이미지 빌드 및 푸시

# 이미지 빌드
docker build -t my-app:v1.0.0 .
 
# 레지스트리에 푸시 (예: Docker Hub)
docker tag my-app:v1.0.0 username/my-app:v1.0.0
docker push username/my-app:v1.0.0

2. Deployment 생성

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-app-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-app
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app
    spec:
      containers:
      - name: my-app
        image: username/my-app:v1.0.0
        ports:
        - containerPort: 3000
        env:
        - name: NODE_ENV
          value: "production"
        resources:
          requests:
            memory: "256Mi"
            cpu: "250m"
          limits:
            memory: "512Mi"
            cpu: "500m"

3. Service 생성

apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: my-app-service
spec:
  type: LoadBalancer
  selector:
    app: my-app
  ports:
  - port: 80
    targetPort: 3000
    protocol: TCP

4. 배포 실행

# Deployment 생성
kubectl apply -f deployment.yaml
 
# Service 생성
kubectl apply -f service.yaml
 
# 상태 확인
kubectl get pods
kubectl get services
kubectl get deployments
 
# 로그 확인
kubectl logs -f deployment/my-app-deployment

롤링 업데이트

업데이트 방법

# 이미지 업데이트
kubectl set image deployment/my-app-deployment my-app=username/my-app:v2.0.0
 
# 또는 YAML 파일 수정 후
kubectl apply -f deployment.yaml
 
# 업데이트 상태 확인
kubectl rollout status deployment/my-app-deployment
 
# 이전 버전으로 롤백
kubectl rollout undo deployment/my-app-deployment
 
# 특정 리비전으로 롤백
kubectl rollout undo deployment/my-app-deployment --to-revision=2
 
# 업데이트 이력 확인
kubectl rollout history deployment/my-app-deployment

Deployment 전략

spec:
  strategy:
    type: RollingUpdate
    rollingUpdate:
      maxSurge: 1
      maxUnavailable: 0

스케일링

수동 스케일링

# Replica 수 조정
kubectl scale deployment/my-app-deployment --replicas=5

자동 스케일링 (HPA)

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: my-app-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    name: my-app-deployment
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 10
  metrics:
  - type: Resource
    resource:
      name: cpu
      target:
        type: Utilization
        averageUtilization: 70

# HPA 생성
kubectl apply -f hpa.yaml
 
# HPA 상태 확인
kubectl get hpa

ConfigMap과 Secret

ConfigMap

애플리케이션 설정 관리:

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: my-app-config
data:
  config.yaml: |
    database:
      host: localhost
      port: 5432

# Deployment에서 사용
envFrom:
- configMapRef:
    name: my-app-config

Secret

민감한 정보 관리:

# Secret 생성
kubectl create secret generic my-app-secret \
  --from-literal=username=admin \
  --from-literal=password=secret123

# Deployment에서 사용
envFrom:
- secretRef:
    name: my-app-secret

영구 저장소 (Persistent Volume)

apiVersion: v1
kind: PersistentVolumeClaim
metadata:
  name: my-pvc
spec:
  accessModes:
    - ReadWriteOnce
  resources:
    requests:
      storage: 10Gi

# Pod에서 사용
volumes:
- name: storage
  persistentVolumeClaim:
    claimName: my-pvc

주요 kubectl 명령어

기본 명령

kubectl get pods                    # Pod 목록
kubectl get services               # Service 목록
kubectl get deployments            # Deployment 목록
kubectl describe pod <pod-name>    # Pod 상세 정보
kubectl logs <pod-name>            # 로그 확인
kubectl exec -it <pod-name> -- /bin/bash  # Pod 접속
kubectl delete pod <pod-name>      # Pod 삭제
kubectl apply -f <file.yaml>       # 리소스 생성/업데이트
kubectl delete -f <file.yaml>      # 리소스 삭제

디버깅

kubectl get events                 # 이벤트 확인
kubectl top pods                   # 리소스 사용량
kubectl port-forward pod/<pod-name> 8080:80  # 포트 포워딩

네임스페이스

# 네임스페이스 생성
kubectl create namespace production
 
# 특정 네임스페이스에 배포
kubectl apply -f deployment.yaml -n production
 
# 네임스페이스별 리소스 확인
kubectl get pods -n production

Kubernetes 배포 도구

Minikube (로컬 테스트)

# Minikube 시작
minikube start
 
# 상태 확인
kubectl cluster-info

kubeadm (온프레미스 클러스터)

프로덕션급 클러스터 구축
Master/Worker 노드 구성

클라우드 서비스

Amazon EKS (AWS)
Google GKE (GCP)
Azure AKS (Azure)
DigitalOcean Kubernetes

심화 학습 포인트

1. Kubernetes 네트워킹

Pod 네트워크:

각 Pod는 고유 IP 주소
클러스터 내 Pod 간 직접 통신
CNI (Container Network Interface) 플러그인 사용

서비스 네트워킹:

ClusterIP: 가상 IP 할당
kube-proxy: iptables 또는 IPVS 사용
DNS 기반 서비스 디스커버리

심화 학습:

CNI 플러그인 선택 (Calico, Flannel, Cilium 등)
Network Policy: 네트워크 격리 및 보안
Service Mesh: Istio, Linkerd

2. 보안 모범 사례

RBAC (Role-Based Access Control):

Role: 네임스페이스 레벨 권한
ClusterRole: 클러스터 레벨 권한
ServiceAccount: 애플리케이션 인증

Pod Security Standards:

Privileged: 제한 없음
Baseline: 최소 권한
Restricted: 엄격한 제한

심화 학습:

Admission Controllers
Pod Security Policy (deprecated, Pod Security Standards로 대체)
OPA Gatekeeper: 정책 강제

3. 리소스 관리

Resource Requests와 Limits:

resources:
  requests:
    memory: "256Mi"
    cpu: "250m"
  limits:
    memory: "512Mi"
    cpu: "500m"

Resource Quota:

네임스페이스별 리소스 제한
CPU, 메모리, Pod 수 등

심화 학습:

LimitRange: 기본 리소스 제한
QoS 클래스: Guaranteed, Burstable, BestEffort
리소스 스케줄링 최적화

4. 모니터링 및 로깅

메트릭 수집:

Metrics Server: 기본 메트릭
Prometheus: 상세 메트릭 수집
Grafana: 시각화

로깅:

EFK Stack (Elasticsearch, Fluentd, Kibana)
Loki: 경량 로그 집계

심화 학습:

APM (Application Performance Monitoring)
분산 추적 (Jaeger, Zipkin)
알림 (AlertManager)

5. CI/CD 통합

GitOps:

ArgoCD: GitOps 배포 도구
Flux: CNCF GitOps 도구
코드로 인프라 및 애플리케이션 관리

Helm:

Kubernetes 패키지 매니저
Chart로 애플리케이션 패키징
템플릿과 값 분리

심화 학습:

Helm Chart 작성
Helm Repository 운영
GitOps 워크플로우 구성

6. 고급 배포 전략

Blue-Green 배포:

두 개의 Deployment 준비
Service Selector 변경으로 전환

Canary 배포:

Istio를 이용한 트래픽 분할
Flagger: 자동 Canary 배포

A/B 테스트:

서로 다른 버전 배포
사용자 그룹별 라우팅

심화 학습:

Argo Rollouts: 고급 배포 전략
Service Mesh를 이용한 트래픽 관리
자동 롤백 정책

7. 스케일링 전략

Horizontal Pod Autoscaler (HPA):

CPU/메모리 기반 스케일링
커스텀 메트릭 기반

Vertical Pod Autoscaler (VPA):

Pod의 리소스 요청 자동 조정
실제 사용량 기반

Cluster Autoscaler:

클러스터 노드 자동 추가/제거
클라우드 프로바이더 통합

심화 학습:

Multi-metric HPA
Predictive Scaling
비용 최적화

8. 트러블슈팅

디버깅 도구:

kubectl describe: 리소스 상세 정보
kubectl logs: Pod 로그 확인
kubectl exec: 컨테이너 내부 접근
kubectl port-forward: 포트 포워딩

일반적인 문제:

ImagePullBackOff: 이미지 다운로드 실패
CrashLoopBackOff: 컨테이너 반복 재시작
Pending: 리소스 부족 또는 스케줄링 실패
NotReady: 노드 상태 문제

심화 학습:

Event 로그 확인
메트릭 분석
네트워크 연결 확인

9. 멀티 클러스터 관리

Federation:

여러 클러스터 통합 관리
리소스 동기화

서비스 메시:

Istio Multi-cluster
서로 다른 클러스터 간 통신

심화 학습:

클러스터 간 트래픽 라우팅
Disaster Recovery 전략
글로벌 배포

10. Kubernetes 운영

클러스터 업그레이드:

버전 관리 전략
롤링 업그레이드
데이터 마이그레이션

백업 및 복구:

etcd 백업
리소스 백업 (Velero)
Disaster Recovery 계획

심화 학습:

클러스터 모니터링
자동화 스크립트
문서화 및 Runbook

학습 체크리스트

초급

Kubernetes 개념 이해 (Pod, Service, Deployment)
kubectl 기본 명령어 사용
기본 리소스 생성 및 관리
YAML 파일 작성
네임스페이스 사용

중급

고급

참고

Kubernetes 공식 문서: https://kubernetes.io/docs/
kubectl 치트시트: https://kubernetes.io/docs/reference/kubectl/cheatsheet/
YAML 파일은 버전 관리에 포함시키는 것이 좋습니다
프로덕션 환경에서는 Resource limits 설정 필수
보안을 위해 RBAC 설정 권장
Kubernetes 개념 참조: https://kubernetes.io/docs/concepts/
Kubernetes Tasks: https://kubernetes.io/docs/tasks/

tags	지식, 데브옵스
aliases	04-지식/데브옵스/02_Container/02_Kubernetes, 04-지식/개발운영/02_Kubernetes, 04-지식/개발/개발운영/02_Kubernetes

llmwiki

탐색기

02_Kubernetes

Kubernetes를 활용한 배포

개요

특징

Kubernetes의 역사

Kubernetes란?

작동 원리

Kubernetes 아키텍처 개요

핵심 요소와 개념

1. Pod (파드)

2. Deployment (디플로이먼트)

3. Service (서비스)

4. ReplicaSet (레플리카셋)

5. Namespace (네임스페이스)

6. ConfigMap과 Secret

7. PersistentVolume (PV)와 PersistentVolumeClaim (PVC)

8. Ingress (인그레스)

9. Horizontal Pod Autoscaler (HPA)

10. DaemonSet과 StatefulSet

Kubernetes의 주요 기능

Kubernetes 아키텍처

클러스터 구성 요소

Master Node 컴포넌트

Worker Node 컴포넌트

기본 리소스

Pod

Deployment

Service

배포 실전

1. 이미지 빌드 및 푸시

2. Deployment 생성

3. Service 생성

4. 배포 실행

롤링 업데이트

업데이트 방법

Deployment 전략

스케일링

수동 스케일링

자동 스케일링 (HPA)

ConfigMap과 Secret

ConfigMap

Secret

영구 저장소 (Persistent Volume)

주요 kubectl 명령어

기본 명령

디버깅

네임스페이스

Kubernetes 배포 도구

Minikube (로컬 테스트)

kubeadm (온프레미스 클러스터)

클라우드 서비스

심화 학습 포인트

1. Kubernetes 네트워킹

2. 보안 모범 사례

3. 리소스 관리

4. 모니터링 및 로깅

5. CI/CD 통합

6. 고급 배포 전략

7. 스케일링 전략

8. 트러블슈팅

9. 멀티 클러스터 관리

10. Kubernetes 운영

학습 체크리스트

초급

중급

고급

참고

그래프 뷰

목차

백링크