쿠버네티스(Kubernetes)는 컨테이너화된 애플리케이션을 배포, 관리 및 확장할 수 있도록 도와주는 오픈소스 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼입니다. 쿠버네티스 아키텍처는 **마스터 노드(Master Node)**와 **워크 노드(Worker Node)**로 구성되며, 다양한 컴포넌트가 상호작용하여 애플리케이션을 효율적으로 관리합니다.
이 글에서는 쿠버네티스 아키텍처의 개념, 주요 구성 요소, 그리고 각 요소들의 역할과 작동 방식을 설명합니다.
📌 목차
- 쿠버네티스 아키텍처 개요
- 마스터 노드(Master Node) 구성 요소
- 워커 노드(Worker Node) 구성 요소
- 쿠버네티스 네트워크 및 통신 방식
- 쿠버네티스 저장소 및 데이터 관리
- 쿠버네티스의 동작 방식 (애플리케이션 배포 흐름)
- 결론
1. 쿠버네티스 아키텍처 개요
쿠버네티스(Kubernetes)는 컨테이너화된 애플리케이션을 클러스터에서 실행하고 관리하기 위한 분산 시스템입니다. 주요 개념은 다음과 같습니다.
✅ 클러스터(Cluster):
쿠버네티스의 기본 단위로, 여러 개의 **노드(Node)**로 구성됩니다. 클러스터 내부에는 애플리케이션 컨테이너가 실행됩니다.
✅ 마스터 노드(Master Node):
클러스터의 중앙 관리자로, 애플리케이션 배포 및 관리를 담당합니다.
✅ 워크 노드(Worker Node):
실제 애플리케이션 컨테이너가 실행되는 곳으로, 컨테이너를 배치하고 관리합니다.
✅ 컨트롤 플레인(Control Plane):
마스터 노드에서 실행되며, 클러스터의 상태를 지속적으로 관리하고 최적화합니다.
✅ Pod(파드):
쿠버네티스에서 컨테이너가 실행되는 최소 단위로, 하나 이상의 컨테이너를 포함할 수 있습니다.
2. 마스터 노드(Master Node) 구성 요소
마스터 노드는 클러스터를 제어하고 조정하는 역할을 합니다. 주요 컴포넌트는 다음과 같습니다.
🔹 API 서버 (kube-apiserver)
- 쿠버네티스의 핵심 진입점으로, 모든 요청을 처리합니다.
kubectl, 대시보드 및 기타 내부 컴포넌트가 이 API 서버와 통신하여 명령을 실행합니다.- RESTful API 기반으로 동작하며, JSON 데이터를 주고받습니다.
🔹 컨트롤러 관리자 (kube-controller-manager)
- 클러스터의 상태를 지속적으로 확인하고, 원하는 상태로 유지하도록 자동 조정하는 역할을 합니다.
- 여러 컨트롤러가 실행되며, 대표적인 컨트롤러는 다음과 같습니다:
- Node Controller: 노드 상태 모니터링 및 장애 감지.
- Replication Controller: 파드(Pod) 개수를 유지.
- Endpoint Controller: 서비스와 파드를 연결.
- Service Account Controller: 인증 및 권한 관리.
🔹 스케줄러 (kube-scheduler)
- 클러스터의 모든 노드를 모니터링하고, 새로운 **파드(Pod)**를 적절한 노드에 배치합니다.
- CPU, 메모리, 네트워크 등의 자원 사용량을 고려하여 최적의 노드를 선택합니다.
🔹 etcd
- 분산 키-값 저장소로, 클러스터의 모든 상태 정보를 저장합니다.
- API 서버와 함께 동작하며, 노드 상태, 구성 정보, 시크릿 데이터, 네트워크 설정 등을 저장합니다.
3. 워커 노드(Worker Node) 구성 요소
워크 노드는 실제 애플리케이션 컨테이너가 실행되는 곳으로, 주요 컴포넌트는 다음과 같습니다.
🔹 Kubelet
- 각 노드에서 실행되며, 마스터 노드의 API 서버와 통신합니다.
- 해당 노드에서 실행할 **파드(Pod)**를 관리하고 상태를 모니터링합니다.
🔹 컨테이너 런타임(Container Runtime)
- 컨테이너를 실행하는 소프트웨어입니다.
- 대표적인 컨테이너 런타임:
- Docker
- containerd
- CRI-O
- Podman
🔹 Kube Proxy
- 노드 간의 네트워크 통신을 관리하고, **서비스(Service)**를 통해 로드 밸런싱 역할을 수행합니다.
- 내부 네트워크에서 Pod 간 통신을 지원하는 중요한 역할을 합니다.
4. 쿠버네티스 네트워크 및 통신 방식
🔸 서비스(Service)
- 고유한 IP 주소를 부여하여 여러 개의 파드를 하나의 네트워크 서비스로 묶습니다.
- 파드의 개수가 변동해도 고정된 엔드포인트를 제공하여 클라이언트가 안정적으로 연결할 수 있도록 합니다.
🔸 인그레스(Ingress)
- 외부에서 쿠버네티스 클러스터 내부로 접근할 수 있도록 지원하는 로드 밸런서 역할을 합니다.
- HTTP/HTTPS 요청을 관리하며, 여러 서비스로 트래픽을 라우팅할 수 있습니다.
5. 쿠버네티스 저장소 및 데이터 관리
🔸 볼륨(Volume)
- 컨테이너가 재시작되어도 데이터가 유지될 수 있도록 공유 저장소 역할을 합니다.
- 로컬 디스크, NFS, AWS EBS, Google Persistent Disk(GPD) 등을 지원합니다.
🔸 퍼시스턴트 볼륨(Persistent Volume, PV)
- 클러스터에서 관리하는 독립적인 저장소 리소스.
- Pod가 사라져도 데이터는 유지됩니다.
6. 쿠버네티스의 동작 방식 (애플리케이션 배포 흐름)
1️⃣ 사용자가 kubectl apply 명령어를 실행하여 애플리케이션을 배포
2️⃣ API 서버(kube-apiserver)가 요청을 받아 etcd에 저장
3️⃣ 스케줄러(kube-scheduler)가 적절한 워커 노드를 선택하여 파드 배포
4️⃣ Kubelet이 노드에서 파드를 실행
5️⃣ Kube Proxy가 네트워크 설정을 적용하여 통신 가능하게 함
6️⃣ 서비스(Service)와 인그레스(Ingress)를 통해 외부에서 접근 가능
7. 결론
쿠버네티스는 컨테이너 오케스트레이션의 표준이 되었으며, 자동 확장(Scaling), 복구(Self-Healing), 부하 분산(Load Balancing) 등의 기능을 통해 애플리케이션을 안정적으로 운영할 수 있습니다.
✅ 쿠버네티스의 핵심 구성 요소
- 마스터 노드: 클러스터를 제어하는 역할 (API 서버, 스케줄러, 컨트롤러, etcd)
- 워크 노드: 실제 애플리케이션이 실행되는 곳 (Kubelet, Kube Proxy, 컨테이너 런타임)
- 네트워크 및 서비스: 파드 간 통신, 로드 밸런싱 및 외부 접근을 지원
쿠버네티스를 효과적으로 사용하려면 아키텍처를 깊이 이해하고, YAML 파일을 통해 리소스를 정의하며, 지속적인 모니터링 및 로깅을 수행하는 것이 중요합니다.
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