Kubernetes(쿠버네티스)는 현대 애플리케이션의 배포와 관리를 최적화해주는 분산 시스템입니다. 구글이 개발한 오픈 소스 프로젝트로 시작된 Kubernetes는 오늘날 컨테이너화된 애플리케이션을 대규모로 효과적으로 관리하는 데 필수적인 도구가 되었습니다.
Kubernetes는 여러 컴포넌트가 네트워크를 통해 다양한 서버에 분산되어 동작하는 구조를 가지고 있습니다. 이를 통해 하나의 애플리케이션이 수백, 수천 개의 서버에서 동시에 실행될 수 있으며, Kubernetes는 서버의 자원 상태를 지속적으로 확인하고 최적의 상태로 유지합니다. Kubernetes의 이러한 시스템을 “클러스터”라고 부르며, 물리적인 서버(bare metal 서버)나 가상 머신(Virtual Machine) 환경에서 실행될 수 있습니다.
1. Kubernetes 클러스터란?
Kubernetes 클러스터는 크게 컨트롤 플레인(Control Plane)과 워커 노드(Worker Node)로 구성됩니다. 각 컴포넌트는 클러스터 내에서의 역할이 분명히 나누어져 있어 Kubernetes는 수많은 컨테이너를 효율적으로 관리할 수 있습니다.
컨트롤 플레인(Control Plane): Kubernetes 클러스터의 “중앙 관리자” 역할을 하며, 전체 시스템의 상태를 조정하고 유지하는 핵심 요소입니다. 클러스터의 목표 상태(desired state)를 설정하고 이를 유지하기 위해, 다음과 같은 주요 컴포넌트를 통해 클러스터를 지속적으로 모니터링하고 제어합니다.
API 서버: Kubernetes 클러스터의 모든 요청을 처리하는 인터페이스로, 사용자와 컨트롤 플레인의 통신을 담당합니다. API 서버는 etcd와 상호작용하여 클러스터의 현재 상태를 조회하고 저장하는데, 이를 통해 클러스터의 상태를 중앙에서 일관되게 유지할 수 있습니다.
etcd: 분산 키-값 저장소로, Kubernetes 클러스터의 상태 정보를 저장합니다. 클러스터에 있는 모든 노드와 구성 요소의 정보가 저장되며, 클러스터 복구 및 장애 복원 시 중요한 역할을 합니다.
스케줄러(Scheduler): 워커 노드의 리소스 상태를 파악하여, 새로운 컨테이너가 실행될 최적의 노드를 선택합니다. 애플리케이션의 성능 요구 사항을 고려하여 리소스를 최적으로 배분합니다.
컨트롤러 매니저(Controller Manager): 클러스터의 상태가 목표 상태와 일치하는지 지속적으로 확인하며, 불일치가 발생할 경우 자동으로 조정합니다. 예를 들어, 특정 컨테이너가 다운되면 이를 감지하고 새로운 컨테이너를 배포하여 안정성을 유지합니다.
워커 노드(Worker Node): 클러스터 내에서 실제로 컨테이너화된 애플리케이션이 실행되는 물리적 또는 가상 서버입니다. 워커 노드는 여러 개의 컨테이너를 실행할 수 있으며, 각 컨테이너는 애플리케이션의 특정 부분을 수행합니다. 클러스터 규모가 커질수록 워커 노드 수를 확장하여 자원을 추가로 확보할 수 있습니다. 이렇게 클러스터의 유연한 확장이 가능하여 애플리케이션의 성능 요구 사항을 효율적으로 충족할 수 있습니다.
2. Kubernetes의 개발 환경
Kubernetes는 Go(Golang)과 Docker로 개발되었습니다. 각 컴포넌트가 네트워크 상의 다양한 서버에서 안정적으로 통신하고 컨테이너화된 애플리케이션을 관리하기 위해 이러한 환경이 선택되었습니다.
Go(Golang): Google이 개발한 오픈 소스 프로그래밍 언어로, 클라우드와 웹 애플리케이션, 네트워킹 서비스를 개발하기에 적합합니다. Kubernetes는 Go 언어를 기반으로 개발되었으며, 이 언어의 높은 성능과 효율적인 네트워크 처리 능력을 통해 대규모 클러스터에서도 안정적인 동작을 보장할 수 있습니다.
Docker: Docker는 애플리케이션을 컨테이너 형태로 패키징하고 배포하는 데 사용되는 도구로, Kubernetes와 함께 컨테이너화된 애플리케이션의 배포와 관리에 널리 사용됩니다. Kubernetes는 Docker 컨테이너를 관리하고 스케일링하여 일관된 환경에서 애플리케이션을 실행할 수 있도록 합니다.
Kubernetes 클러스터 구성도
아래 구성도는 Kubernetes 클러스터의 기본적인 구조를 나타내며, 컨트롤 플레인과 워커 노드가 어떻게 연결되어 동작하는지 보여줍니다.
API 서버: 클러스터의 모든 요청을 처리하며, etcd와의 상호작용을 통해 클러스터 상태를 중앙에서 관리합니다.
Scheduler: 각 워커 노드의 자원 상태를 파악하여, 새로운 컨테이너의 위치를 최적으로 배치합니다.
Controller Manager: 목표 상태와 현재 상태를 지속적으로 비교하여, 필요한 경우 자동으로 조정을 수행합니다.
etcd: 클러스터의 모든 구성 정보와 상태를 저장하여, 장애 발생 시 클러스터의 복구를 지원합니다.
이러한 구조 덕분에 Kubernetes는 대규모 분산 시스템에서 유연하게 애플리케이션을 관리하고 조정할 수 있습니다. 컨테이너화된 애플리케이션의 배포, 관리, 확장 등을 자동화하여 IT 인프라 운영의 효율성을 극대화합니다.
결론
Kubernetes는 분산 시스템으로, 다양한 컨테이너와 애플리케이션을 하나의 통합된 클러스터에서 효율적으로 관리할 수 있습니다. 컨트롤 플레인과 워커 노드로 구성된 Kubernetes 클러스터는 대규모 애플리케이션 환경에서도 안정적인 서비스를 제공합니다. 또한, Go와 Docker를 기반으로 개발된 Kubernetes는 클라우드 환경에서의 유연성과 확장성을 갖추고 있으며, 현대 IT 인프라에서 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다.
