쿠버네티스(Kubernetes) 완벽 가이드

오늘은 컨테이너 오케스트레이션 시장의 대표주자이자, 클라우드 네이티브 시대에 필수적인 기술인 쿠버네티스(Kubernetes)에 대해 알아보겠습니다!
쿠버네티스는 구글에서 시작된 프로젝트로, 현재는 CNCF(Cloud Native Computing Foundation)의 주요 오픈소스 프로젝트로 활발히 발전하고 있습니다.
컨테이너 기반 애플리케이션의 배포, 확장, 관리 등을 자동화해 주며, 마이크로서비스 아키텍처를 적용하고자 하는 팀이라면 꼭 알아야 할 핵심 기술입니다.

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1. 쿠버네티스(Kubernetes)란? 🤔

쿠버네티스는 여러 대의 서버(노드)에 컨테이너를 분산 배치하고, 자원을 효율적으로 사용하도록 해주는 오케스트레이션 플랫폼입니다.
컨테이너가 운영 체제 자원을 효율적으로 사용해 애플리케이션 실행 환경을 격리해 주는 것은 이미 잘 알려진 사실인데, 문제는 컨테이너가 많아질수록 관리 복잡도가 기하급수적으로 증가한다는 점입니다.

• 🔹 개념 요약: 쿠버네티스는 “컨테이너를 자동으로 시작하고, 중단하고, 네트워크를 구성하고, 확장(Scaling)하는 작업”을 간단하게 만들어주는 플랫폼입니다.
• 🔹 실생활 예시: 레스토랑을 예로 들면, 주방에 여러 개의 조리 스테이션이 있다고 생각해 보세요(컨테이너). 이 스테이션들을 어떤 순서로, 얼마만큼 사용해야 효율적인지, 문제가 생기면 어떻게 대처해야 하는지 등을 관리해 주는 총괄 매니저(오케스트레이터)가 필요한데, 이 역할을 쿠버네티스가 합니다.
• 🔹 문제 해결: 단일 서버 환경에서는 컨테이너 몇 개만 관리하면 되지만, 클라우드 환경에서 수십, 수백, 나아가 수천 개까지 늘어나면 사람이 직접 모든 컨테이너를 관리하기가 불가능합니다. 쿠버네티스는 이를 자동으로 처리해줍니다.

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2. 어떻게 동작하나요? 🎬

쿠버네티스는 여러 가지 핵심 컴포넌트로 구성되어 있으며, 클라이언트-서버 모델을 기반으로 동작합니다. 가장 중요한 개념을 이해하기 위해 핵심 리소스와 컴포넌트를 살펴봅시다.

1) 기본 개념

• Pod: 쿠버네티스에서 컨테이너가 실제로 실행되는 기본 단위입니다. 하나의 Pod 안에는 여러 개의 컨테이너가 담길 수 있지만, 일반적으로는 1 Pod = 1 컨테이너 구조를 많이 사용합니다.
• Deployment: Pod를 생성하고 업데이트, 롤백 등을 쉽고 안정적으로 할 수 있도록 지원하는 상위 개념입니다.
• Service: Pod들이 어떤 IP나 포트를 통해 외부 혹은 내부 트래픽과 통신할지를 정의합니다. 로드 밸런싱 기능을 담당하기도 합니다.
• Node: 실제로 Pod가 배포되는 물리 서버나 가상 머신입니다.
• Master 노드(혹은 Control Plane): 클러스터의 전반적인 상태를 관리하고 제어하는 역할을 합니다. 스케줄링, 상태 모니터링, 클러스터 이벤트 관리를 담당합니다.

# 간단한 Deployment 예시 (deployment.yaml)
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: my-nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: my-nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

위의 예시는 Nginx 컨테이너를 3개의 Pod로 복제(replica)하여 실행하도록 하는 Deployment 설정 파일입니다.

2) 실제 적용 예시

예를 들어, Nginx를 로컬 환경에서 Docker를 통해 여러 개 띄우려면 직접 컨테이너 생성 명령어를 여러 번 실행하고, 포트 매핑도 신경 써야 하죠. 하지만 쿠버네티스에서 kubectl apply -f deployment.yaml 명령 한 번이면, 3개의 Pod가 자동으로 분산되어 배포되고, 문제가 생길 경우 자동으로 복구(Reload)됩니다.

🚀 동작 원리

1. 명세(Manifest)를 정의: 배포 환경을 선언형(Declarative)으로 기술합니다(예: deployment.yaml).
2. 컨트롤 플레인(Control Plane)이 스케줄링: 정의된 리소스를 보고 어떤 Node에 어떤 Pod를 배치할지 결정합니다.
3. 노드에서 Pod가 실행: Node에 설치된 Kubelet이 Pod를 생성하고, 지속적으로 상태를 모니터링해 이상이 감지되면 재시작 혹은 다른 Node로 이동시키는 등의 처리를 합니다.

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3. 주요 장점 🌟

1. 자동화된 운영: 장애가 발생한 컨테이너를 자동으로 재시작하고, 노드 간에 워크로드를 자동으로 분산시킵니다.
2. 확장성(Scalability): 애플리케이션 부하에 따라 Pod의 개수를 동적으로 늘리거나 줄일 수 있습니다(HPA, VPA 등).
3. 이식성(Portability): 온프레미스, 퍼블릭 클라우드, 하이브리드 환경 등 다양한 인프라에서 동일한 설정으로 애플리케이션을 배포하고 관리할 수 있습니다.

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4. 주의할 점 ⚠️

1. 학습 곡선이 가파름: 쿠버네티스는 개념과 컴포넌트가 많아서 처음 접하는 사람에게는 다소 복잡하게 느껴집니다.
2. 리소스 관리 비용: 쿠버네티스 클러스터를 운영하려면 Control Plane 노드, Worker 노드 등 인프라 자원을 지속적으로 투자해야 합니다.
3. 네트워크 구조 이해 필요: Service, Ingress, CNI 등 여러 네트워킹 개념을 숙지해야 원활한 운영이 가능합니다.

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5. 실제 사용 예시 📱

다음은 간단한 Spring Boot 애플리케이션을 쿠버네티스에 배포하는 설정 예시입니다.

1) Spring Boot Dockerfile

FROM openjdk:17-alpine
COPY build/libs/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar app.jar
ENTRYPOINT ["java","-jar","/app.jar"]

2) Kubernetes Deployment & Service

# deployment-springboot.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: springboot-deployment
spec:
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: springboot
  template:
    metadata:
      labels:
        app: springboot
    spec:
      containers:
      - name: springboot-container
        image: <YOUR_DOCKER_REGISTRY>/demo-springboot:latest
        ports:
        - containerPort: 8080
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# service-springboot.yaml
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: springboot-service
spec:
  type: ClusterIP
  selector:
    app: springboot
  ports:
    - protocol: TCP
      port: 80
      targetPort: 8080

이렇게 선언형으로 모든 설정을 기술해두면, kubectl apply -f deployment-springboot.yaml 및 kubectl apply -f service-springboot.yaml 명령만으로 애플리케이션이 2개의 Pod로 실행되고, springboot-service라는 서비스로 트래픽을 분산 처리할 수 있습니다.

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6. 마치며 🎁

쿠버네티스는 마이크로서비스 아키텍처, DevOps, CI/CD가 중요한 현대 소프트웨어 개발 환경에서 필수적인 핵심 기술입니다.
컨테이너가 늘어날수록 관리가 어려워지는 문제를 해결하기 위해 탄생했고, 이제는 사실상 표준이 되었습니다.

이 기술을 익히면, 자동화된 확장성, 내결함성, 효율적인 자원 활용 등 다양한 이점을 누릴 수 있으며, 여러 클라우드 환경에서도 일관된 애플리케이션 배포가 가능합니다.
다만, 배워야 할 개념이 많고 인프라 구성 비용도 있기 때문에, 작은 규모에서는 과도한 엔지니어링이 되지 않도록 신중한 접근이 필요합니다.

쿠버네티스를 통해 컨테이너 기반 애플리케이션을 쉽고 안정적으로 운영해 보세요!

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참고 자료 및 출처

• Kubernetes 공식 문서: https://kubernetes.io/docs
• CNCF (Cloud Native Computing Foundation): https://www.cncf.io
• 쿠버네티스 GitHub: https://github.com/kubernetes/kubernetes

앞으로 쿠버네티스 생태계와 관련된 다양한 툴(Helm, Istio, Prometheus 등)도 함께 살펴보면 더 큰 그림을 이해하는 데 도움이 됩니다.