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05 Cloud Native & K8s

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1. 이론

1.1. 클라우드 네이티브(Cloud Native)

(1) 개념 및 정의

  • 정의

    • 클라우드 컴퓨팅의 장점(유연성, 확장성 등)을 최대한 활용하여 애플리케이션을 개발하고 운영하는 방법론

  • CNCF 5대 요소

    • 컨테이너
    • 서비스 메쉬
    • 마이크로서비스(MSA)
    • 불변 인프라
    • 선언형 API

(2) 주요 구조 (Architecture)

  • MSA(Microservices Architecture)

    • 애플리케이션을 독립적인 작은 기능 단위로 분해하여 구축

  • Containerization (컨테이너화)

    • MSA로 개발된 앱을 효과적으로 배포 및 활용하는 기술

  • 가상화 비교

    • 컨테이너: OS 공유, 경량화(최소한의 요소), 빠른 시작/종료
    • 가상 머신(VM): 전체 OS 포함(무거움), 리소스 소모 큼, 독립된 OS 사용

(3) 장단점 및 현황

  • 장점: 개발/릴리스 속도 향상, 비용 절감, 관리 용이성
  • 단점: 벤더 락인(Vendor Lock-in) 우려, 높은 기술력 요구
  • 현황: 가트너에 따르면 2022년 기준 사용률 40% 미만이나 점차 확대 추세

1.2. 컨테이너 기술과 도커(Docker)

(1) 컨테이너의 이해

  • 개념

    • 소스 코드, 종속성 등을 하나로 패키징한 논리적 공간

  • 유형

    • 시스템 컨테이너: 기존 OS 위에 컨테이너 형식으로 운영
    • 애플리케이션 컨테이너: 단일 앱 실행 목적 (하나의 OS 위에서 3-Tier 구성 등 가능)

(2) 도커(Docker)

  • 역할

    • 애플리케이션을 독립된 환경에서 실행하게 해주는 오픈 소스 플랫폼 (MSA에 유용)

  • 이미지(Image) 특징

    • Stateless: 변경되는 상태 값을 보유하지 않음
    • 구조
      • 바이너리, 라이브러리 포함
      • 계층(Layer) 구조를 가짐(JSON 형태 메타데이터)

  • 이미지 관리 (Registry)

    • Public: Docker Hub 등 인터넷을 통해 공유
    • Private: 기업 내부 보안을 위해 별도 구축 (OS 설정, 미들웨어 정보 등 민감 정보 보호)
    • Lifecycle: Pull(다운로드), Push(업로드), Delete(용량 관리 필요)

(3) CI/CD(지속적 통합/배포)

  • CI: 코드 변경 사항을 자주 통합
  • CD: 변경 사항을 자동으로 배포
  • 목표: 개발 단계 자동화를 통한 짧은 주기의 서비스 제공 및 개선

1.3. 쿠버네티스 (Kubernetes, k8s)

(1) 필요성

  • 도커만으로는 분산된 수많은 컨테이너를 관리하기 어려움 → 오케스트레이션 도구 필요

(2) 주요 특징 및 아키텍처 키포인트

  • 기능

    • 서비스 디스커버리 & 로드밸런싱
    • 자동 롤아웃/롤백
    • 자가 치유(Self-healing)
    • 자동 빈 패킹(Bin-packing)
    • 스토리지 오케스트레이션
    • 시크릿 관리

  • 핵심 원칙

    • 선언적 구성
    • 분산된 기능 단위(Object)
    • 중앙 제어
    • 동적 그룹화
    • API 기반 상호작용

(3) 아키텍처 구성 요소

  • Control Plane (마스터 영역)

    • kube-apiserver: API 서버 (중심 통로)
    • kube-scheduler: 스케줄러 (파드 배치 결정)
    • kube-controller-manager: 컨트롤러 매니저 (상태 유지)
    • etcd: 클러스터 데이터 저장소

  • Worker Node (실제 실행 영역)

    • Pod: 애플리케이션의 실행 단위 인스턴스
    • Node: 컴퓨팅 자원
    • kubelet: 파드 관리 에이전트
    • kube-proxy: 네트워크 트래픽 관리
    • Container Runtime: 컨테이너 실행 엔진

  • Storage: Persistent Storage (영구 데이터 저장)

1.4. 보안 및 네이버클라우드 서비스

(1) Cloud Activity Tracer (보안)

  • 제로 트러스트(Zero Trust) 관점
    • 접근 활동 모니터링 및 비정상 행위 탐지
    • 감사/추적성 제공 및 권한 검증 보조
    • 위협 대응 연계

(2) Ncloud Kubernetes Service 특징

  • 확장성: 클러스터 Pod 및 노드 수량 자동 확장(Auto-scaling) 지원
  • 인프라: 고성능 워커 노드, 블록 스토리지/NAS 연동, Load Balancer 연동
  • 운영/관리: 데이터 시각화 및 모니터링 용이, Velero 플러그인 지원(백업 등)
  • 보안: 보안성 강화 가능

1. 사전 준비 및 네트워크 구성

  • 네트워크 아키텍처

    • NKS 실습을 위한 VPC 및 서브넷(Public, Private, Load Balancer, NAT Gateway 등) IP 대역이 정의되어 있다.

  • 서버 구성

    • edu-nks-kubectl (관리 서버) 및 워커 노드들의 IP 구성이 명시되어 있다.

2. Kubernetes 명령어 기초 (Cheat Sheet)

실습에 필요한 주요 kubectl 명령어를 정리했다.

  • 조회

    • get (Pods, Services, Nodes, Deployments)

  • 상세 정보

    • describe (리소스 상태 및 이벤트 확인, 디버깅 용도)

  • 로그 및 실행

    • logs (컨테이너 로그)
    • exec (컨테이너 내부 명령어 실행/접속)

  • 생성 및 삭제

    • apply (YAML 적용)
    • create
    • delete

3. NKS 관리 서버(Bastion) 구축 및 설정

보안을 위해 Private Subnet에 있는 워커 노드에 접근하기 위한 관리 서버를 생성하고 설정한다.

  • 서버 생성

    • Ubuntu 22.04 기반의 관리 서버 생성

  • 필수 도구 설치

    • ncp-iam-authenticator: IAM 인증을 통해 클러스터에 접근하기 위한 도구
    • kubectl: 쿠버네티스 제어 CLI 도구

  • 인증 설정

    • Ncloud API 인증키(Access Key, Secret Key)를 환경변수로 등록
    • ~/.ncloud/configure 파일 설정
    • kubeconfig 파일을 생성 및 업데이트하여 클러스터 연결 권한 획득

4. 스토리지 실습 (Persistent Volume)

쿠버네티스 파드(Pod)에 영구 스토리지를 연결하는 두 가지 방식을 실습힌다.

  • 실습 1: Block Storage (CSI)

    • ReadWriteOnce 모드 사용 (하나의 노드에서만 접근 가능)
    • nks-block-storage 스토리지 클래스를 사용하여 PVC 생성 후 Pod에 마운트

  • 실습 2: NAS Storage (CSI)

    • ReadWriteMany 모드 사용 (여러 노드에서 동시 읽기/쓰기 가능)
    • nks-nas-csi 스토리지 클래스를 사용하여 공유 볼륨 생성
    • 서로 다른 Pod 간 데이터 공유 확인

5. 클러스터 오토스케일러(Cluster Autoscaler)

  • 개념

    • 파드의 자원 요청량에 따라 클러스터 노드 수를 자동으로 늘리거나 줄이는 기능

  • 설정

    • NKS 콘솔의 노드풀 설정에서 최소/최대 노드 수를 지정

  • 실습

    • php-apache 디플로이먼트의 레플리카 수를 늘려 부하를 발생시키고,
    • 노드가 자동으로 추가(Scale-out)되는 과정을 확인

6. 모니터링 및 대시보드

  • NKS Dashboard
    • 쿠버네티스 대시보드 및 Grafana 대시보드를 기본 제공하여 리소스 상태를 시각적으로 확인 가능

7. 미니 프로젝트 (애플리케이션 배포 실습)

단순한 웹 서버 외에 흥미로운 애플리케이션을 배포하여 LoadBalancer 서비스 동작을 확인한다.

  • 2048 게임

    • Deployment와 LoadBalancer Service를 이용해 웹 게임 배포

  • 채팅 서비스

    • 간단한 채팅 앱 배포 및 외부 접속 확인

  • Quake 3 (FPS 게임)

    • 게임 서버 컨테이너 배포
    • ConfigMap을 이용한 설정 관리
    • LoadBalancer를 통한 외부 접속

  • 슈퍼 마리오 게임

    • 웹 기반 마리오 게임 배포

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