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컨테이너 기반의 워크플로우 솔루션 argo

조대협 (http://bcho.tistory.com)


argo는 컨테이너 워크플로우 솔루션이다.

컨테이너 기반으로 빅데이타 분석, CI/CD, 머신러닝 파이프라인을 만들때 유용하게 사용할 수 있는 오픈 소스 솔루션으로 개념은 다음과 같다.


워크플로우를 정의하되 워크플로우의 각각의 스텝을 컨테이너로 정의한다.

워크플로우 스펙은 YAML로 정의하면, 실행할때 마다 컨테이너를 생성해서, 작업을 수행하는 개념이다.


기존에 아파치 에어플로우 (https://airflow.apache.org/)등 많은 워크 플로우 솔루션이 있지만, 이러한 솔루션은 컴포넌트가 VM/컨테이너에서 이미 준비되서 돌고 있음을 전제로 하고, 각각의 컴포넌트를 흐름에 따라서 호출하는데 목적이 맞춰서 있다면, argo 의 경우는 워크플로우를 시작하면서 컨테이너를 배포하고, 워크플로우 작업이 끝나면 컨테이너가 종료되기 때문에, 실행할때만 컨테이너를 통해서 컴퓨팅 자원을 점유하기 때문에 자원 활용면에서 장점이 있다고 볼 수 있다.


argo 설치는 쿠버네티스 클러스터가 있는 상태라면 https://argoproj.github.io/docs/argo/demo.html 를 통해서 간단하게 설치가 가능하다. 설치와 사용법은 위의 문서링크를 활용하기 바란다.

HelloWorld

간단한 워크플로우 예제를 살펴보자. 워크 플로우를 실행하기 위해서는 워크플로우 스펙을 yaml 파일로 정의해야 한다. 아래는 helloworld 의 간단한 예제이다.


apiVersion: argoproj.io/v1alpha1

kind: Workflow

metadata:

 generateName: hello-world-

spec:

 entrypoint: whalesay

 templates:

 - name: whalesay

   container:

     image: docker/whalesay:latest

     command: [cowsay]

     args: ["hello world"]


워크플로우의 이름은 metadata 부분에 generateName에서 워크플로우 JOB의 이름을 정의할 수 있다. 여기서는 hello-world-로 정의했는데, 작업이 생성될때 마다 hello-world-xxx 이라는 이름으로 작업이 생성된다.

Templates 부분에 사용하고자 하는 컨테이너를 정의한다. 위의 예제에서는 docker/whalesay:latest 이미지로 컨테이너를 생성하도록 하였고, 생성후에는 “cosway”라는 명령어를 “hello world” 라는 인자를 줘서 실행하도록 하였다.

Template 부분에는 여러개의 컨테이너를 조합하여, 어떤 순서로 실행할지를 정의한다. 이 예제에서는 하나의 컨테이너만 실행하도록 정의하였다.

다음에 어느 컨테이너 부터 시작하게 할것인지는 sepc 부분에 정의하고, 시작 부분은 entrypoint라는 구문을 이용해서 정의할 수 있다.이 예제에서는 template에 정의한 whalesay라는 컨테이너부터 실행하도록 한다.

이렇게 생성된 워크플로우 스펙은 “argo submit”이라는 CLI 명령을 이용해서 실행한다.


%argo submit --watch {yaml filename}


워크플로우가 실행되면 각 단계별로 쿠버네티스 Pod 가 생성되고, 생성 결과는 argo logs {pod name}으로 확인할 수 있다.


%argo list

명령을 이용하면 argo 워크플로우의 상태를 확인할 수 있다.



위의 그림과 같이 hello-world는 hello-world-smjxq 라는 작업으로 생성되었다.

Pod 명은 이 {argo 작업이름}-xxx 식으로 명명이 된다.

%kubectl get pod

명령으로 확인해보면 아래 그림과 같이 hello-world-smjxq 라는 이름으로 pod가 생성된것을 확인할 수 있다.


이 pod의 실행 결과를 보기 위해서

%argo logs hello-world-smjxq

명령을 실행하면 된다.


위의 그림과 같이 고래 그림을 결과로 출력한것을 확인할 수 있다.

ArgoUI

워크플로우의 목록과 실행결과는 CLI뿐 아니라 웹 기반의 GUI에서도 확인이 가능하다.

argo ui는 argo라는 이름의 deployment에 생성이 되어 있는데, clusterIP (쿠버네티스 내부 IP)로 생성이 되어 있기 때문에 외부에서 접근이 불가능하다. 포트포워딩 기능을 이용해서 argo deployment의 8001 포트를 로컬 PC로 포워딩해서 접속할 수 있다.


% kubectl -n argo port-forward deployment/argo-ui 8001:8001


다음에 http://localhost:8001을 이용해서 접속해보면 다음과 같이 현재 등록되어 있는 워크플로우 목록을 확인할 수 있다.




이 목록에서 아까 수행한 hello-world-xxx 워크플로우를 확인해보자. 아래 그림과 같이 워크플로우의 구조를 보여준다.



hello-world-xxx 노드를 클릭하면 각 노드의 상세 내용을 볼 수 있다.


그림에서 Summary > Logs 부분을 선택하면 아래 그림과 같이 각 단계별로 실행한 결과 로그를 볼 수 있다.


연속된 작업의 실행

앞에서 간단한 설치 및 사용법에 대해서 알아봤는데, 앞에서 살펴본 예제는 하나의 태스크로 된 워크플로우이다. 워크플로우는 좀더 복잡하게 여러개의 태스크를 순차적으로 실행하거나 또는 병렬로 실행이 된다.


예제 원본 https://argoproj.github.io/docs/argo/examples/README.html


다음 워크플로우 정의를 보자

apiVersion: argoproj.io/v1alpha1

kind: Workflow

metadata:

 generateName: steps-

spec:

 entrypoint: hello-hello-hello


 # This spec contains two templates: hello-hello-hello and whalesay

 templates:

 - name: hello-hello-hello

   # Instead of just running a container

   # This template has a sequence of steps

   steps:

   - - name: hello1            #hello1 is run before the following steps

       template: whalesay

       arguments:

         parameters:

         - name: message

           value: "hello1"

   - - name: hello2a           #double dash => run after previous step

       template: whalesay

       arguments:

         parameters:

         - name: message

           value: "hello2a"

     - name: hello2b           #single dash => run in parallel with previous step

       template: whalesay

       arguments:

         parameters:

         - name: message

           value: "hello2b"


 # This is the same template as from the previous example

 - name: whalesay

   inputs:

     parameters:

     - name: message

   container:

     image: docker/whalesay

     command: [cowsay]

     args: ["{{inputs.parameters.message}}"]


구조를 살펴보면 다음과 같다.



  • Metadata 부분에 generateName으로 이 워크플로우의 이름을 정의했다. 워크플로우 작업이 실행될때마다 steps-xxx  라는 이름으로 생성이 된다.

  • 워크 플로우는 templates 부분에 spec 부분에 정의하는데, hello1 작업을 수행한 후에, hello2a,hello2b 를 동시에 실행한다. 동시 실행인지 순차 실행인지는 steps의 인덴트(탭으로 띄워쓰기 한부분)을 확인하면 되는데, hello1은 - -name: hello1으로 정의 하였고 다음 단계는 - -name: hello2a와, - name:hello2b로 지정하였다. 잘 보면, hello2b는 “-”가 두개가 아니고 한개로 되어 있고 hello2a와 같은 띄어 쓰기로 되어 있는 것을 볼 수 있다.

  • 마지막으로 이 워크플로우에서 사용되는 컨테이너 이미지를 정의하면 된다.


실행시에 --watch 옵션을 주면, 각 단계별 실행 상태와, 워크플로우 그래프의 구조를 볼 수 있다.


%argo submit --watch helloworld-seq.yaml


위의 그림을 보면 step-h44qf라는 이름으로 작업이 수행되는데, hello1이 먼저 실행되고 다음에 hello2a,hello2b가 동시에 실행된것을 확인할 수 있다.


실행후에 UI에서 실행 내역을 확인해보면 다음과 같이 hello1이 먼저 실행 된 후에,  hello2a,hello2b가 병렬로 동시에 실행된것을 확인할 수 있다.



DAG를 이용한 워크플로우 정의

Yaml 파일 형식이 워크플로우의 실행 순서를 정의할 경우 명시성이 떨어져서 가독성 측면에서 읽기에 불편할 수 있는데, DAG(Directed acyclic graph)를 이용하면 조금 더 명시적으로 워크플로우 정의가 가능하다.



apiVersion: argoproj.io/v1alpha1

kind: Workflow

metadata:

 generateName: dag-diamond-

spec:

 entrypoint: diamond

 templates:

 - name: echo

   inputs:

     parameters:

     - name: message

   container:

     image: alpine:3.7

     command: [echo, "{{inputs.parameters.message}}"]

 - name: diamond

   dag:

     tasks:

     - name: A

       template: echo

       arguments:

         parameters: [{name: message, value: A}]

     - name: B

       dependencies: [A]

       template: echo

       arguments:

         parameters: [{name: message, value: B}]

     - name: C

       dependencies: [A]

       template: echo

       arguments:

         parameters: [{name: message, value: C}]

     - name: D

       dependencies: [B, C]

       template: echo

       arguments:

         parameters: [{name: message, value: D}]


entrypoint는 diamond dag를 실행하도록 한다.

dag 정의 부분을 보면 맨 앞에 name: A인 task를 실행하도록 하고, 다음 B,C는 A에 의존성을 가지도록 한다.D는 B,C의 의존성을 가지게 해서 실행 순서는 A→ B,C → D형태가 된다.

다음과 같은 순서로 실행이 된다.



입력/출력값 전달

argo의 개념과 워크플로우의 개념을 이해했으면, 워크플로우에서 태스크간의 데이타를 어떻게 전달하는지 살펴보도록 하자.

입력값의 전달

argo에서 변수를 입력값으로 사용하는 방법은 간단하다. 먼저 변수를 정의한 다음에, 정의된 변수를 입력이나 출력으로 사용할지 워크플로우의 태스크에서 정의한후, 그 변수를 사용하면 된다.


apiVersion: argoproj.io/v1alpha1

kind: Workflow

metadata:

 generateName: hello-world-parameters-

spec:

 # invoke the whalesay template with

 # "hello world" as the argument

 # to the message parameter

 entrypoint: whalesay

 arguments:

   parameters:

   - name: message

     value: hello world


 templates:

 - name: whalesay

   inputs:

     parameters:

     - name: message       #parameter declaration

   container:

     # run cowsay with that message input parameter as args

     image: docker/whalesay

     command: [cowsay]

     args: ["{{inputs.parameters.message}}"]


위의 코드를 살펴보면 먼저 spec.arguments 부분에서 message라는 변수를 선언 하였고, 그 값은 “hello world”로 초기화를 했다.

그리고 워크플로우의 whalesay 태스크에서 message 변수를 input 변수로 사용하도록 선언하였다. 그 후에, args에서 input.parameters.message를 참조하여 message변수의 값을 도커 컨테이너의 실행 변수로 넘기도록 하였다.


만약의 변수의 값을 CLI에서 바꾸고자 한다면 다음과 같이 argo submit시에 -p 옵션을 주면 된다. argo submit {workflow yaml file name} -p {parameter name}={value}

아래는 message=”hello terry”로 바꿔서 실행한 예이다.

ex) argo submit argument.yaml -p message=”hello terry”

출력값 사용

아래 코드를 보자.

아래 코드는 whalesay 컨테이너의 결과를 print-message 컨테이너로 넘기는 코드이다.


apiVersion: argoproj.io/v1alpha1

kind: Workflow

metadata:

 generateName: output-parameter-

spec:

 entrypoint: output-parameter

 templates:

 - name: output-parameter

   steps:

   - - name: generate-parameter

       template: whalesay

   - - name: consume-parameter

       template: print-message

       arguments:

         parameters:

         # Pass the hello-param output from the generate-parameter step as the message input to print-message

         - name: message

           value: "{{steps.generate-parameter.outputs.parameters.hello-param}}"


 - name: whalesay

   container:

     image: docker/whalesay:latest

     command: [sh, -c]

     args: ["echo -n hello world > /tmp/hello_world.txt"]  #generate the content of hello_world.txt

   outputs:

     parameters:

     - name: hello-param       #name of output parameter

       valueFrom:

         path: /tmp/hello_world.txt    #set the value of hello-param to the contents of this hello-world.txt


 - name: print-message

   inputs:

     parameters:

     - name: message

   container:

     image: docker/whalesay:latest

     command: [cowsay]

     args: ["{{inputs.parameters.message}}"]


구조를 보면 다음과 같은데


먼제 whalesay 정의 부분을 보면 outputs.parameters에 hello-param이라는 이름으로 output 변수를 정의하였고, output의 내용은 /tmp/hello_world.txt 파일 내용으로 채워진다.


다음 print-message 컨테이너 정의 부분을 보면 input param으로 message라는 변수를 정의하였다.

steps를 보면, print-message를 실행할때, message 변수의 값을 {{steps.generate-parameter.outputs.parameters.hello-param}} 로 정의하여, print-message의 이전 스탭인 generate-parameter의 output param중에 hello-param이라는 변수의 값으로 채우는 것을 볼 수 있다.


이 흐름을 그림으로 도식화 해보면 다음과 같다.


Whalesay 컨테이너에서 /tmp/hello_world.txt 파일 내용을 hello-param이라는 output param으로 전달하고, print-message 컨테이너는 입력값으로 message라는 param을 받는데, 이 값을 앞단계의 hello-param의 값을 받도록 한것이다.

Artifact

워크플로우 태스크에 대한 입/출력값을 parameter로 전달할 수 도 있지만, CI/CD 빌드 파이프라인에서는 소스코드, 빌드 바이너리가 될 수 도 있고, 빅데이타 파이프라인에서는 데이타 파일과 같이 큰 사이즈의 파일이나 데이타가 될 수 있다. 이 경우 parameter 를 이용해서 넘기기에는 부담이 되는데, 이런 요구 사항을 위해서 제공되는 것이 artifact라는 기능이다. 태스크의 결과값을 로컬 스토리지가 아니라, AWS S3나 GCP GCS와 같은 외부 스토리지에 쓸 수 있게 하고, 반대로 태스크에 대한 입력 값을 외부 스토리지에서 읽어올 수 있게 하는 기능이다.


예를 들어 텐서플로우로 학습을 시키는 파이프라인이 있을때, 학습된 모델을 S3나 GCS에 저장하도록 하는 등의 작업을 할 수 있다.


아래 예제를 보면 앞에서 소개한 generate-artifact → consume-artifact 워크플로우에서 parameter로 값을 넘기는 방식이 artifact 방식으로 바뀐것을 확인할 수 있다. 단순하게 parameter 로 선언한 부분을 artifact로만 변경해주었다.


apiVersion: argoproj.io/v1alpha1

kind: Workflow

metadata:

 generateName: artifact-passing-

spec:

 entrypoint: artifact-example

 templates:

 - name: artifact-example

   steps:

   - - name: generate-artifact

       template: whalesay

   - - name: consume-artifact

       template: print-message

       arguments:

         artifacts:

         # bind message to the hello-art artifact

         # generated by the generate-artifact step

         - name: message

           from: "{{steps.generate-artifact.outputs.artifacts.hello-art}}"


 - name: whalesay

   container:

     image: docker/whalesay:latest

     command: [sh, -c]

     args: ["cowsay hello world | tee /tmp/hello_world.txt"]

   outputs:

     artifacts:

     # generate hello-art artifact from /tmp/hello_world.txt

     # artifacts can be directories as well as files

     - name: hello-art

       path: /tmp/hello_world.txt


 - name: print-message

   inputs:

     artifacts:

     # unpack the message input artifact

     # and put it at /tmp/message

     - name: message

       path: /tmp/message

   container:

     image: alpine:latest

     command: [sh, -c]

     args: ["cat /tmp/message"]


기타

간단하게 기본 개념만 설명했지만, 이외에도 여러가지 기능을 이용하여 좀 더 복잡한 워크플로우를 구현할 수 있다. 예를 들어서 Condition 기능을 이용해서, 조건에 따라서 워크플로우를 분기하거나 조건에 따라 재귀호출을 하는 Recursive 호출, 호출중에 조건에 따라 워크플로우를 종료할 수 있는 기능등을 이용할 수 있다.

이외에도 컨테이너 배포시 사이드카(http://bcho.tistory.com/1256) 를 삽입하여 컨테이너 배포시 로그 수집이나 기타 기능등을 동시에 수행하도록 할 수 있다.


Istio #4 - 설치 및 BookInfo 예제

조대협 (http://bcho.tistory.com)

Istio 설치

그러면 직접 Istio 를 설치해보자, 설치 환경은 구글 클라우드의 쿠버네티스 환경을 사용한다. (쿠버네티스는 오픈소스이고, 대부분의 클라우드에서 지원하기 때문에 설치 방법은 크게 다르지 않다.)


참고 https://docs.google.com/document/d/1S5EaVR3Xq011JHcJQ0G84hkasboVUNUrcQzBlq9mJ14/edit

쿠버네티스 클러스터 생성

콘솔에서 아래 그림과 같이 istio 라는 이름으로 쿠버네티스 클러스터를 생성한다. 테스트용이기 때문에, 한존에 클러스터를 생성하고, 전체 노드는 3개 각 노드는 4 CPU/15G 메모리로 생성하였다.



다음 작업은 구글 클라우드 콘솔에서 Cloud Shell내에서 진행한다.

커맨드 라인에서 작업을 할것이기 때문에, gCloud SDK를 설치(https://cloud.google.com/sdk/gcloud/) 한후에,

%gcloud auth login

gcloud 명령어에 사용자 로그인을 한다.


그리고 작업을 편리하게 하기 위해서 아래와 같이 환경 변수를 설정한다. 쿠버네티스 클러스터를 생성한 리전과 존을 환경 변수에 아래와 같이 설정한다. 예제에서는 asia-southeast1 리전에 asia-southeast1-c 존에 생성하였다. 그리고 마지막으로 생성한 쿠버네티스 이름을 환경 변수로 설정한다. 예제에서 생성한 클러스터명은 istio이다.

export GCP_REGION=asia-southeast1
export GCP_ZONE=asia-southeast1-c
export GCP_PROJECT_ID=$(gcloud info --format='value(config.project)')
export K8S_CLUSTER_NAME=istio

다음 kubectl 명령어를 사용하기 위해서, 아래과 같이 gcloud 명령어를 이용하여 Credential을 세팅한다

% gcloud container clusters get-credentials $K8S_CLUSTER_NAME \
   --zone $GCP_ZONE \
   --project $GCP_PROJECT_ID

Credential 설정이 제대로 되었는지

% kubectl get pod -n kube-system

명령어를 실행하여, 쿠버네티스 시스템 관련 Pod 목록이 잘 나오는지 확인한다.

Istio 설치

쿠버네티스 클러스터가 준비되었으면, 이제 Istio를 설치한다.

Helm 설치

Istio는 Helm 패키지 매니져를 통해서 설치 한다.

% curl https://raw.githubusercontent.com/kubernetes/helm/master/scripts/get > get_helm.sh
% chmod 700 get_helm.sh
% ./get_helm.sh

Istio 다운로드

Istio 를 다운로드 받는다. 아래는 1.0.4 버전을 다운 받는 스크립트이다.

% cd ~

% curl -L https://git.io/getLatestIstio | sh -

% cd istio-1.0.4

% export PATH=$PWD/bin:$PATH

Helm 초기화

Istio를 설치하기 위해서 Helm용 서비스 어카운트를 생성하고, Helm을 초기화 한다.

% kubectl create -f install/kubernetes/helm/helm-service-account.yaml

% helm init --service-account tiller

Istio 설치

다음 명령어를 이용하여 Istio를 설치한다. 설치시 모니터링을 위해서 모니터링 도구인 kiali,servicegraph 그리고 grafana 설치 옵션을 설정하여 아래와 같이 추가 설치 한다.

% helm install install/kubernetes/helm/istio \

--name istio \

--namespace istio-system \

--set tracing.enabled=true \

--set global.mtls.enabled=true \

--set grafana.enabled=true \

--set kiali.enabled=true \

--set servicegraph.enabled=true


설치가 제대로 되었는지 kubectl get pod명령을 이용하여, istio 네임스페이스의 Pod 목록을 확인해보자

% kubectl get pod -n istio-system




BookInfo 샘플 애플리케이션 설치

Istio 설치가 끝났으면, 사용법을 알아보기 위해서 간단한 예제 애플리케이션을 설치해보자, Istio에는 BookInfo (https://istio.io/docs/examples/bookinfo/)  라는 샘플 애플리케이션이 있다.

BookInfo 애플리케이션의 구조

아래 그림과 같이 productpage 서비스 안에, 책의 상세 정보를 보여주는 details 서비스와 책에 대한 리뷰를 보여주는 reviews 서비스로 구성이 되어 있다.  


시스템의 구조는 아래와 같은데, 파이썬으로 개발된 productpage 서비스가, 자바로 개발된 review 서비스과 루비로 개발된 details 서비스를 호출하는 구조이며, review 서비스는 v1~v3 버전까지 배포가 되어 있다. Review 서비스 v2~v3는 책의 평가 (별점)를 보여주는  Rating 서비스를 호출하는 구조이다



< 그림 Book Info 마이크로 서비스 구조 >

출처 : https://istio.io/docs/examples/bookinfo/

BookInfo 서비스 설치

Istio의 sidecar injection 활성화

Bookinfo 서비스를 설치하기 전에, Istio의 sidecar injection 기능을 활성화 시켜야 한다.

앞에서도 설명하였듯이 Istio는 Pod에 envoy 를 sidecar 패턴으로 삽입하여, 트래픽을 컨트롤 하는 구조이 다. Istio는 이 sidecar를 Pod 생성시 자동으로 주입 (inject)하는 기능이 있는데, 이 기능을 활성화 하기 위해서는 쿠버네티스의 해당 네임스페이스에 istio-injection=enabled 라는 라벨을 추가해야 한다.

다음 명령어를 이용해서 default 네임 스페이스에 istio-injection=enabled 라벨을 추가 한다.

% kubectl label namespace default istio-injection=enabled


라벨이 추가되었으면

% kubectl get ns --show-labels

를 이용하여 라벨이 제대로 적용이 되었는지 확인한다.


Bookinfo 애플리케이션 배포

Bookinfo 애플리케이션의 쿠버네티스 배포 스크립트는 samples/bookinfo 디렉토리에 들어있다. 아래 명령어를 실행해서 Bookinfo 앺ㄹ리케이션을 배포하자.

% kubectl apply -f samples/bookinfo/platform/kube/bookinfo.yaml


배포를 완료한 후 kubectl get pod 명령어를 실행해보면 다음과 같이 productpage, detail,rating 서비스가 배포되고, reviews 서비스는 v1~v3까지 배포된것을 확인할 수 있다.



Kubectl get svc 를 이용해서 배포되어 있는 서비스를 확인하자



Prodcutpcage,rating,reviews,details 서비스가 배포되어 있는데, 모두 ClusterIP 타입으로 배포가 되어 있기 때문에 외부에서는 접근이 불가능하다.


Istio gateway 설정

이 서비스를 외부로 노출 시키는데, 쿠버네티스의 Ingress나 Service는 사용하지 않고, Istio의 Gateway를 이용한다.

Istio의 Gateway는 쿠버네티스의 커스텀 리소스 타입으로, Istio로 들어오는 트래픽을 받아주는 엔드포인트 역할을 한다. 여러 방법으로 구현할 수 있으나, Istio에서는 디폴트로 배포되는 Gateway는 Pod 형식으로 배포되어 Load Balancer 타입의 서비스로 서비스 된다.


먼저 Istio Gateway를 등록한후에, Gateway를 통해 서비스할 호스트를 Virtual Service로 등록한다.


아래는 bookinfo에 대한 Gateway를 등록하는 Yaml 파일이다.


apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3

kind: Gateway

metadata:

 name: bookinfo-gateway

spec:

 selector:

   istio: ingressgateway # use istio default controller

 servers:

 - port:

     number: 80

     name: http

     protocol: HTTP

   hosts:

   - "*"


selector를 이용해서 gateway 타입을 istio에서 디폴트로 제공하는 Gateway를 사용하였다. 그리고, HTTP프로토콜을 80 포트에서 받도록 하였다.

다음에는 이 Gateway를 통해서 트래픽을 받을 서비스를 Virtual Service로 등록해야 하는데, 그 구조는 다음과 같다.


apiVersion: networking.istio.io/v1alpha3

kind: VirtualService

metadata:

 name: bookinfo

spec:

 hosts:

 - "*"

 gateways:

 - bookinfo-gateway

 http:

 - match:

   - uri:

       exact: /productpage

   - uri:

       exact: /login

   - uri:

       exact: /logout

   - uri:

       prefix: /api/v1/products

   route:

   - destination:

       host: productpage

       port:

         number: 9080


spec에서 gateways 부분에 앞에서 정의한 bookinfo-gateway를 사용하도록 한다. 이렇게 하면 앞에서 만든 Gateway로 들어오는 트래픽은 이 Virtual Servivce로 들어와서 서비스 디는데, 여기서 라우팅 룰을 정의 한다 라우팅룰은 URL에 때해서 어느 서비스로 라우팅할 지를 정하는데 /productpage,/login,/lougout,/api/v1/products URL은 productpage:9080 으로 포워딩해서 서비스를 제공한다.


Gateway와 Virtual service 배포에 앞서서, Istio에 미리 설치되어 있는 gateway를 살펴보면, Istio default gateway는 pod로 배포되어 있는데, istio=ingressgateway 라는 라벨이 적용되어 있다. 확인을 위해서 kubectl get 명령을 이용해서 확인해보면 다음과 같다.

%kubectl get pod -n istio-system -l istio=ingressgateway



이 pod들은 istio-ingressgateway라는 이름으로 istio-system 네임스페이스에 배포되어 있다. kubectl get svc로 확인해보면 다음과 같다.

%kubectl get svc istio-ingressgateway -n istio-system --show-labels



그러면 bookinfo를 istio gateway에 등록해서 외부로 서비스를 제공해보자

% istioctl create -f samples/bookinfo/networking/bookinfo-gateway.yaml


게이트 웨이 배포가 끝나면, 앞에서 조회한 Istio gateway service의 IP (여기서는 35.197.159.13)에 접속해서 확인해보자

브라우져를 열고 http://35.197.159.13/productpage 로 접속해보면 아래와 같이 정상적으로 서비스에 접속할 수 있다.



모니터링 툴

서비스 설치가 끝났으면 간단한 테스트와 함께 모니터링 툴을 이용하여 서비스를 살펴보자

Istio를 설치하면 Prometheus, Grafana, Kiali,Jaeger 등의 모니터링 도구가 기본적으로 인스톨 되어 있다. 각각의 도구를 이용해서 지표들을 모니터링 해보자

Grafana를 이용한 서비스별 지표 모니터링

Grafana를 이용해서는 각 서비스들의 지표를 상세하게 모니터링할 수 있다.

먼저 아래 스크립트를 사용해서 간단하게 부하를 주자. 아래 스크립트는 curl 명령을 반복적으로 호출하여 http://35.197.159.13/productpage 페이지를 불러서 부하를 주는 스크립이다.


for i in {1..100}; do

curl -o /dev/null -s -w "%{http_code}" http://35.197.159.13/productpage

done


다음 Grafana 웹 콘솔에 접근해야 하는데, Grafana는 외부 서비스로 노출이 안되도록 설정이 되어 있기 때문에 kubectl을 이용해서 Grafana 콘솔에 트래픽을 포워딩 하도록 하자. Grafana는 3000번 포트에서 돌고 있기 때문에, localhost:3000 → Grafana Pod의 3000 번 포트로 트래픽을 포워딩 하도록 설정하자


kubectl -n istio-system port-forward $(kubectl -n istio-system get pod -l app=grafana -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') 3000:3000 &


다음 localhost:3000 번으로 접속해보면 다음과 같은 화면을 볼 수 있다.

각 서비스 productpage,review,rating,detail 페이지의 응답시간과 OPS (Operation Per Sec : 초당 처리량)을 볼 수 있다.




각 서비스를 눌러보면 다음과 같이 서비스별로 상세한 내용을 볼 수 있다. 응답 시간이나 처리량에 대한 트렌드나, Request의 사이즈등 다양한 정보를 볼 수 있다.



Jaeger를 이용한 분산 트렌젝션 모니터링

다음은 Jaeger 를 이용해 개별 분산 트렌젝션에 대해서 각 구간별 응답 시간을 모니터링 할 수 있다.

Istio는 각 서비스별로 소요 시간을 수집하는데, 이를 Jaeger 오픈소스를 쓰면 손쉽게 모니터링이 가능하다.

마찬가지로 Jaeger 역시 외부 서비스로 노출이 되지 않았기 때문에, kubectl 명령을 이용해서 로컬 PC에서 jaeger pod로 포트를 포워딩하도록 한다. Jaerger는 16686 포트에서 돌고 있기 localhost:16686 → Jaeger pod:16686으로 포워딩한다.


kubectl port-forward -n istio-system $(kubectl get pod -n istio-system -l app=jaeger -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') 16686:16686 &


Jaeger UI에 접속해서, 아래는 productpage의 호출 기록을 보는 화면이다. 화면 상단에는 각 호출별로 응답시간 분포가 나오고 아래는 개별 트렉젝션에 대한 히스토리가 나온다.



그중 하나를 선택해보면 다음과 같은 그림을 볼 수 있다.



호출이 istio-ingressgateway로 들어와서 Productpage를 호출하였다.

productpage는 순차적으로 productpage → detail 서비스를 호출하였고, 다음 productpage→ reviews → ratings 서비스를 호출한것을 볼 수 있고, 많은 시간이 reviews 호출에 소요된것을 확인할 수 있다.


Servicegraph를 이용한 서비스 토폴로지 모니터링

마이크로 서비스는 서비스간의 호출 관계가 복잡해서, 각 서비스의 관계를 시각화 해주는 툴이 있으면 유용한데, 대표적인 도구로는 service graph라는 툴과 kiali 라는 툴이 있다. BookInfo 예제를 위한 Istio 설정에는 servicegraph가 디폴트로 설치되어 있다.


마찬가지로 외부 서비스로 노출 되서 서비스 되지 않고 클러스터 주소의 8088 포트를 통해서 서비스 되고 있기 때문에, 아래와 같이 kubectl 명령을 이용해서 localhost:8088 → service graph pod의 8088포트로 포워딩하도록 한다.


kubectl -n istio-system port-forward $(kubectl -n istio-system get pod -l app=servicegraph -o jsonpath='{.items[0].metadata.name}') 8088:8088 &


그 후에, 웹 브루우져에서 http://localhost:8088/dotviz 를 접속해보면 서비스들의 관계를 볼 수 있다.



다음 글에서는 예제를 통해서 Istio에서 네트워크 경로 설정하는 부분에 대해서 더 자세히 알아보도록 하겠다.


ISTIO


조대협 (http://bcho.tistory.com)

Envoy를 이용해서 서비스 매쉬를 구현하기 위해서는 Envoy로 구성된 데이타 플레인을 컨트롤할 솔루션이 필요하다. Envoy를 데이타 플레인으로 사용하고 이를 컨트롤 해주는 오픈 소스 솔루션이 Istio 이다. (http://istio.io)

아키텍쳐

먼저 Istio의 구조를 보자


<그림, Istio 아키텍쳐 >

출처 : https://istio.io/docs/concepts/what-is-istio/

데이타 플레인

데이타 플레인은 envoy를 서비스 옆에 붙여서 사이드카 형식으로 배포를 해서, 서비스로 들어오고 나가는 트래픽을 envoy를 통해서 통제하게 된다.

envoy는 서비스에서 서비스로 호출할때 상대편 서비스의 IP 주소를 알아야 하는데, 이를 서비스 디스커버리 (Service discovery : 참고 http://bcho.tistory.com/1252?category=431297 )

그러면 envoy는 서비스들의 IP 주소 (엔드포인트)를 어떻게 알 수 있을까? 서비스들에 대한 엔드포인트 정보는 컨트롤 플레인의 파일럿(Pilot)이라는 컴포넌트에 저장되어 있고, envoy는 이 데이타를 참고하여 엔드포인트를 알 수 있다.

컨트롤 플레인

컨트롤 플레인은 데이타 플레인에 배포된 envoy를 컨트롤 하는 부분으로, 파일럿 (Pilot), 믹서 (Mixer), 시타델(Citadel) 3개의 모듈로 구성이 되어 있다.

파일럿 (Pilot)

파일럿은 envoy에 대한 설정 관리를 하는 역할을 한다.

먼저 앞에서 언급했듯이 서비스들의 엔드포인트(EndPoint)들의 주소를 얻을 수 있는 서비스 디스커버리 기능을 제공한다.

Istio에 유용한 기능중의 하나가 트래픽의 경로를 컨트롤 하는 기능인데, 서비스에서 서비스로 호출하는 경로를 컨트롤 할 수 있다. 이외도 서비스의 안정성을 제공하기 위해서 서비스간에 호출이 발생할때 재시도(retry), 장애 전파를 막기 위한 써킷 브레이커 (Circuit breaker), Timeout 등의 기능을 제공한다.

믹서(Mixer)

믹서가 하는 일은 액세스 컨트롤, 정책 통제 그리고 각종 모니터링 지표의 수집이다.

예를 들어서 서비스의 총 처리량을 정책으로 지정하여, 그 처리량 이상으로 요청을 못받게 하거나 특정 헤더값이 일치해야 요청을 받을 수 있게 하는 등의 다양한 정책을 정의하고 이를 컨트롤 할 수 있다.

또한 서비스의 응답 시간이나 평균 처리량과 같은 다양한 지표를 수집하여 저장하는 역할을 한다.

시타델(Citadel)

시타델은 보안에 관련된 기능을 담당하는 모듈이다. 서비스를 사용하기 위한 사용자 인증 (Authentication)과 인가 (Authorization)을 담당한다. 또한 Istio는 통신을 TLS(SSL)을 이용하여 암호화할 수 있는데, TLS 암호화나 또는 사용자 인증에 필요한 인증서(Certification)을 관리하는 역할을 한다.  

기능

대략적인 구조를 이해했으면, Istio가 어떤 기능을 제공하는지 주요 기능을 살펴보도록 하자.

트래픽 통제

트래픽 분할

트래픽 분할은 서로 다른 버전의 서비스를 배포해놓고, 버전별로 트래픽의 양을 조절할 수 있는 기능이다. 예를 들어 새 버전의 서비스를 배포할때, 기존 버전으로 95%의 트래픽을 보내고, 새 버전으로 5%의 트래픽만 보내서 테스트하는 것이 가능하다. (카날리 테스트)


컨텐츠 기반의 트래픽 분할

단순하게 커넥션 기반으로 트래픽을 분할하는 것이 아니라, 조금 더 발전된 기능으로 네트워크 패킷의 내용을 기반으로 라우팅이 가능하다. 예를 들어 아래 우측 그림과 같이 HTTP 헤더의 User-agent 필드에 따라서, 클라이언트가 안드로이드일 경우에는 안드로이드 서비스로 라우팅을 하고, IPhone일 경우에는 IOS 서비스로 라우팅을 할 수 있다.


서비스간 안정성 제공 (Resilience)

파일럿은 트래픽 통제를 통해서 서비스 호출에 대한 안정성을 제공한다.

헬스체크 및 서비스 디스커버리

파일럿은 대상 서비스가 여러개의 인스턴스로 구성이 되어 있으면 이를 로드 밸런싱하고, 이 서비스들에 대해서 주기적으로 상태 체크를 하고, 만약에 장애가 난 서비스가 있으면 자동으로 서비스에서 제거한다.


Retry,Timeout,Circuit breaker

서비스간의 호출 안정성을 위해서, 재시도 횟수를 통제할 수 있다. 호출을 했을때 일정 시간 (Timeout)이상 응답이 오지 않으면 에러 처리를 할 수 있고, 앞에서 설명한 마이크로 서비스 아키텍쳐 패턴중 하나인 써킷 브레이커 (Circuit breaker) 패턴을 지원한다.

보안

Istio의 특징은 서비스에 대한 보안 기능을 추가해준다가는 것이다.

통신 보안

기본적으로 envoy를 통해서 통신하는 모든 트래픽을 자동으로 TLS를 이용해서 암호화한다. 즉 서비스간의 통신이 디폴트로 암호화 된다.


암호화를 위해서 인증서를 사용하는데, 이 인증서는 시타델(Citadel)에 저장되어 있는 인증서를 다운 받아서, 이 인증서를 이용하여 암호화된 TLS 통신을 한다.

서비스 인증과 인가

Istio는 서비스에 대한 인증 (Authentication)을 제공하는데, 크게 서비스와 서비스간 호출에서, 서비스를 인증하는 기능과, 서비스를 호출하는 클라이언트를 직접인증 할 수 있다.  

서비스간 인증

서비스간 인증은 인증서를 이용하여 양방향 TLS (Mutual TLS) 인증을 이용하여, 서비스가 서로를 식별하고 인증한다.

서비스와 사용자간 인증

서비스간 인증뿐 아니라, 엔드 유저 즉 사용자 클라이언트를 인증할 수 있는 기능인데, JWT 토큰을 이용해서 서비스에 접근할 수 있는 클라이언트를 인증할 수 있다.

인가를 통한 권한 통제 (Authorization)

인증뿐만 아니라, 서비스에 대한 접근 권한을 통제 (Authorization)이 가능하다. 기본적으로 역할 기반의 권한 인증 (RBAC : Role based authorization control)을 지원한다.

앞에서 인증된 사용자(End User)나 서비스는 각각 사용자 계정이나 쿠버네티스의 서비스 어카운트로 계정이 정의 되고, 이 계정에 역할(Role)을 부여해서 역할을 기반으로 서비스 접근 권한을 정의할 수 있다.


apiVersion: "rbac.istio.io/v1alpha1"

kind: ServiceRole

metadata:

 name: products-viewer

 namespace: default

spec:

 rules:

 - services: ["products.default.svc.cluster.local"]

   methods: ["GET", "HEAD"]


예를 들어 위의 역할은 products-viewer라는 권한으로 products.default.svc.cluster.local 서비스에 대해서 HTTP GET, HEAD를 지원하는 권한을 정의한것이다.

이렇게 정의된 역할 (Role)을 계정에 적용해야 하는데 아래는 products-viewer 역할을 서비스 어카운트와 엔드유저 계정에 반영한 예제이다.

apiVersion: "rbac.istio.io/v1alpha1"

kind: ServiceRoleBinding

metadata:

 name: test-binding-products

 namespace: default

spec:

 subjects:

 - user: "service-account-a"

 - user: "istio-ingress-service-account"

   properties:

     request.auth.claims[email]: "a@foo.com"

 roleRef:

   kind: ServiceRole

   name: "products-viewer"


“Service-account-a” 서비스 어카운트에 권한을 부여한 것이고, Istio의 Ingress를 통해서 들어오는 사용자 트래픽에 대해서 사용자 ID가 “a@foo.com”인 사용자에게도 같은 역할을 부여한것이다.


모니터링

마이크로 서비스에서 문제점중의 하나는 서비스가 많아 지면서 어떤 서비스가 어떤 서비스를 부르는지 의존성을 알기가 어렵고, 각 서비스를 개별적으로 모니터링 하기가 어렵다는 문제가 있다. Istio는 네트워크 트래픽을 모니터링함으로써, 서비스간에 호출 관계가 어떻게 되고, 서비스의 응답 시간, 처리량등의 다양한 지표를 수집하여 모니터링할 수 있다.

<그림. Mixer에서 서비스 관련 지표를 수집하는 구조>


서비스 A가 서비스 B를 호출할때 호출 트래픽은 각각의 envoy 프록시를 통하게 되고, 호출을 할때, 응답 시간과 서비스의 처리량이 Mixer로 전달된다. 전달된 각종 지표는 Mixer에 연결된 Logging Backend에 저장된다.


Mixer는 위의 그림과 같이 플러그인이 가능한 아답터 구조로, 운영하는 인프라에 맞춰서 로깅 및 모니터링 시스템을 손쉽게 변환이 가능하다.  쿠버네티스에서 많이 사용되는 Heapster나 Prometheus에서 부터 구글 클라우드의 StackDriver 그리고, 전문 모니터링 서비스인 Datadog 등으로 저장이 가능하다.

이렇게 저장된 지표들은 여러 시각화 도구를 이용해서 시각화 될 수 있는데, 아래 그림은 Grafana를 이용해서 서비스의 지표를 시각화 한 그림이다.





그리고 근래에 소개된 오픈소스 중에서 흥미로운 오픈 소스중의 하나가 Kiali (https://www.kiali.io/)라는 오픈소스인데, Istio에 의해서 수집된 각종 지표를 기반으로, 서비스간의 관계를 아래 그림과 같이 시각화하여 나타낼 수 있다.  아래는 그림이라서 움직이는 모습이 보이지 않지만 실제로 트래픽이 흘러가는 경로로 에니메이션을 이용하여 표현하고 있고, 서비스의 각종 지표, 처리량, 정상 여부, 응답 시간등을 손쉽게 표현해준다.





다음 글에서는 쿠버네티스 클러스터에 Istio를 설치해보고, 마이크로 서비스를 배포해보도록 하겠다.


Istio #2 - Envoy Proxy


조대협 (http://bcho.tistory.com)

그럼 앞에서 설명한 서비스 매쉬의 구조를 구현한 Istio를 살펴보기전에, Istio에 사용되는 envoy 프록시에 대해서 먼저 알아보자.
(이 글은 예전에 포스팅한 내용이지만, Istio 글의 흐름상 다시 포스팅 한다.)

Envoy Proxy

먼저 istio에 사용되는 envory proxy를 살펴보자. Envoy 프록시는 Lyft사에서 개발되었으면 오픈소스로 공개되었다.

기존 프록시 L4기능 뿐 아니라 L7 기능도 지원하면서 HTTP 뿐아니라 HTTP 2.0,TCP,gRPC까지 다양한 프로토콜을 지원한다.


성능 지표를 보면 아래 Twillo에서 2017년에 테스트 한 자료를 참고할만 한데, (원본 https://www.twilio.com/blog/2017/10/http2-issues.html) HAProxy 보다 약간 느린것을 확인할 수 있다. 아무래도 L4가 아닌 L7단의 로드밸런서이다 보니 다소 성능 감소는 부담해야 한다.




(참고. 위의 문서를 보면 Envoy HTTP2 의 성능이 낮게 나오는데, 이는 Envory 자체 문제라가 보다는 HTTP/2가 Connection을 reuse하는 특성에서 온다고 볼 수 있는데, 성능에 대한 이슈가 있는 만큼 HTTP/2를 사용할 경우에는 별도의 검증 등이 필요하리라 본다.)


주요 기능적인 특성을 보면 다음과 같다.


  • HTTP, TCP, gRPC 프로토콜을 지원

  • TLS client certification 지원

  • HTTP L7 라우팅 지원을 통한 URL 기반 라우팅, 버퍼링, 서버간 부하 분산량 조절등

  • HTTP2 지원

  • Auto retry, circuit breaker, 부하량 제한등 다양한 로드밸런싱 기능 제공

  • 다양한 통계 추적 기능 제공 및 Zipkin 통합을 통한 MSA 서비스간의 분산 트렌젝션 성능 측정 제공함으로써 서비스에 대한 다양한 가시성 (visibility)을 제공

  • Dynamic configuration 지원을 통해서, 중앙 레파지토리에 설정 정보를 동적으로 읽어와서 서버 재시작없이 라우팅 설정 변경이 가능함

  • MongoDB 및 AWS Dynamo 에 대한 L7 라우팅 기능 제공


등 매우 다양한 기능을 제공한다.

Envoy 배포 아키텍처

Envoy 프록시는 배포 위치에 따라서 다양한 기능을 수행할 수 있는데, 크게 다음과 같이 4가지 구조에 배포가 가능하다.


<그림. Envoy 배포 방식>

Front envoy proxy

특정 서비스가 아니라, 전체 시스템 앞의 위치하는 프록시로, 클라이언트에서 들어오는 호출을 받아서 각각의 서비스로 라우팅을 한다. URL 기반으로 라우팅을 하는 기능 이외에도, TLS(SSL) 처리를 하는 역할들을 할 수 있다. 통상적으로 nginx나 apache httpd가 리버스프록시로 이 용도로 많이 사용되었다.

Service to service ingress listener

특정 서비스 앞에 위치하는 배포 방식으로 서비스로 들어오는 트래픽에 대한 처리를 하는데, 트래픽에 대한 버퍼링이나 Circuit breaker 와 같은 역할을 수행한다.

Service to service egress listener

특정 서비스 뒤에서 서비스로부터 나가는 트래픽을 통제 하는데, 서비스로 부터 호출 대상이 되는 서비스에 대한 로드 밸런싱, 호출 횟수 통제 (Rate limiting)와 같은 기능을 수행한다.

External service egress listener

내부서비스에서 외부 서비스로 나가는 트래픽을 관리하는 역할인데, 외부 서비스에 대한 일종의 대행자(Delegator)와 같은 역할을 한다.


시스템 앞 부분이나 또는 시스템을 구성하는 서비스의 앞뒤에 배치할 수 있는 구조지만, 서비스 앞뒤로 붙는다고 실제로 배포를 할때 하나의 서비스 앞뒤로 두개의 envoy proxy를 배치하지는 않는다.

다음과 같이 하나의 서비스에 하나의 Envoy를 배치 한후, ingress/egress 두 가지 용도로 겸용해서 사용한다.



Envoy 설정 구조

다음은 Envoy 설정 파일을 살펴 보자

Envoy의 설정은 크게 아래 그림과 같이 크게 Listener, Filter, Cluster 세가지 파트로 구성된다.



  • Listener
    Listener는 클라이언트로 부터 프로토콜을 받는 부분으로, TCP Listener, HTTP Listener 등이 있다.

  • Filter
    Filter는 Listener 로 부터 많은 메시지를 중간 처리하는 부분으로, 압축이나 들어오는 Traffic 에 대한 제한 작업등을 한후, Router를 통해서 적절한 클러스터로 메시지를 라우팅 하는 역할을 한다.

  • Cluster
    Cluster는 실제로 라우팅이 될 대상 서버(서비스)를 지정한다.


이렇게 Listener를 통해서 메시지를 받고, Filter를 이용하여 받은 메시지를 처리한 후에, 라우팅 규칙에 따라서 적절한 Cluster로 라우팅을 해서 적절한 서비스로 메시지를 보내는 형식이다.


Envoy 설치

Envoyproxy를 빌드하고 설치하는 방법은 여러가지가 있다. 소스코드로 부터 빌드를 하는 방법이나 이미 빌드된 바이너리를 사용해서 설치하는 방법 그리고 이미 빌딩된 도커 이미지를 사용하는 방법이 있다.

소스코드로 빌드하는 방법의 경우에는 bazel (make와 같은 빌드 도구) 빌드를 이용해서 빌드해야 하고, 빌드된 바이너리는 특정 플랫폼에 대해서만 미리 빌드가 되어 있기 때문에, 모든 플랫폼에 사용하기가 어렵다.

마지막으로는 도커 이미지 방식이 있는데, 이 방식이 배포면에서 여러모로 편리하기 때문에 도커 이미지를 이용한 배포 방식을 설명하도록 하겠다.


다음 명령어 처럼

docker pull을 이용하여 envoyproxy 도커 이미지 최신 버전을 가지고 오고, 다음 docker run 명령을 이용하여, 해당 이미지  (envoyproxy/envoy:latest)를 기동한다. 이때 -p 10000:10000 포트를 도커의 10000번 포트를 VM의 10000포트로 포워딩하도록 설정한다.


$ docker pull envoyproxy/envoy:latest
$ docker run --rm -d -p 10000:10000 envoyproxy/envoy:latest
$ curl -v localhost:10000


배포가 끝났으면, curl을 이용하여 localhost:10000번에 호출 하는 테스트를 하도록 한다.

설정에는 디폴트로, 10000 번 포트로 들어오는 모든 트래픽을 *.google.com으로 라우팅 하도록 설정되어 있다.


원본 설정 파일은 https://github.com/envoyproxy/envoy/blob/master/configs/google_com_proxy.v2.yaml 에 있고,  상세 내용을 보면 아래와 같다.


  • admin:
    이 부분은 envoyproxy의 admin 서버를 기동하는 부분으로, envoy 서버의 각종 설정이나 상태 정보를 127.0.0.1:9901로 들어오는 요청은 admin 기능으로 라우팅하도록 한다.

  • static_resources:
    Listener와 Filter 설정에 해당하는 부분으로, 아래 부면, listeners로 정의가 되어 있고 socket_address 부분에 0.0.0.0에 포트 10000 으로 들어오는 요청을 처리하도록 하였다.

    다음 filter_chain 부분에 filter들을 연속해서 정의하는데, http_connection_manager를 이용하여 모든 트래픽을 service_google이라는 클러스터로 라우팅 하도록 설정하였다.

  • clusters:
    마지막으로 clusters 부분에는 “service_google”이라는 클러스터를 정의했으며, 이 호스트의 URL은 google.com 443 포트로 정의하였다.


admin:

access_log_path: /tmp/admin_access.log

address:

  socket_address: { address: 127.0.0.1, port_value: 9901 }


static_resources:

listeners:

- name: listener_0

  address:

    socket_address: { address: 0.0.0.0, port_value: 10000 }

  filter_chains:

  - filters:

    - name: envoy.http_connection_manager

      config:

        stat_prefix: ingress_http

        route_config:

          name: local_route

          virtual_hosts:

          - name: local_service

            domains: ["*"]

            routes:

            - match: { prefix: "/" }

              route: { host_rewrite: www.google.com, cluster: service_google }

        http_filters:

        - name: envoy.router

clusters:

- name: service_google

  connect_timeout: 0.25s

  type: LOGICAL_DNS

  # Comment out the following line to test on v6 networks

  dns_lookup_family: V4_ONLY

  lb_policy: ROUND_ROBIN

  hosts: [{ socket_address: { address: google.com, port_value: 443 }}]

  tls_context: { sni: www.google.com }


다음글에서는 Istio에 대해서 알아보도록 하겠다.


Istio #1

마이크로 서비스 아키텍처와 서비스 매쉬

조대협 (http://bcho.tistory.com)


마이크로 서비스 아키텍쳐는 여러가지 장점을 가지고 있는 아키텍쳐 스타일이기는 하지만, 많은 단점도 가지고 있다. 마이크로 서비스는 기능을 서비스라는 단위로 잘게 나누다 보니, 전체 시스템이 커질 수 록 서비스가 많아지고, 그로 인해서 서비스간의 연결이 복잡해지고 여러가지 문제를 낳게 된다



<그림. 넷플릭스의 마이크로 서비스 구조 >

출처 : https://www.slideshare.net/BruceWong3/the-case-for-chaos?from_action=save


서비스간의 전체 연결 구조를 파악하기 어려우며 이로 인해서 장애가 났을때, 어느 서비스에서 장애가 났는지 추적이 어려워진다.

또한 특정 서비스의 장애가 다른 서비스에 영향을 주는 문제들을 겪을 수 있다.



예를 들어 클라이언트→ 서비스 A → 서비스 B의 호출 구조가 있다고 하자. 만약 서비스 B가 느려지거나 응답이 없는 상태가 되어 버리면, 서비스 B를 호출 하는 서비스 A 안의 쓰레드는 서비스 B로 부터 응답을 기다리기 위해 대기 상태가 되고, 이 상태에서 클라이언트에서 호출이 계속 되면, 같은 원리로 서비스 A의 다른 쓰레드들도 응답을 받기 위해서 대기 상태가 된다. 이런 상태가 반복되면, 서비스 A에 남은 쓰레드는 없어지고 결과적으로 서비스 A도 응답을 할 수 없는 상태가 되서 장애 상태가 된다. 이런 현상을 장애 전파 현상이라고 한다.  

마이크로 서비스 아키텍쳐 패턴

이런 문제들이 패턴화 되고 이를 풀어내기 위한 방법이 디자인 패턴으로 묶이기 시작하였다.

예를 들어 앞의 문제와 같은 장애 전파의 예는 써킷 브레이커 (Circuit breaker)라는 디자인 패턴으로 해결할 수 있다.



<그림, 써킷 브레이커(Circuit breaker) 패턴 >


서비스 A와 서비스 B에 써킷 브레이커라는 개념을 정의해서, 네트워크 트래픽을 통과 시키도록 하고, 서비스 B가 장애가 나거나 응답이 없을 경우에는 그 네트워크 연결을 끊어서 서비스 A가 바로 에러를 받도록 하는 것이다. 이렇게 하면 서비스 B가 응답이 느리거나 또는 응답을 할 수 없는 상태일 경우에는 써킷 브레이커가 바로 연결을 끊어서, 서비스 A내에서 서비스 B를 호출한 쓰레드가 바로 에러를 받아서 더 이상 서비스 B로 부터 응답을 기다리지 않고, 쓰레드를 풀어주서 서비스 A가 쓰레드 부족으로 장애가 되는 것을 막는다.

이 외에도 분산 시스템에 대한 로그 수집등 다양한 패턴들이 있는데, https://microservices.io/ 를 보면 잘 정리가 되어 있다.

이런 패턴은 디자인 패턴일 뿐이고, 이를 사용하기 위해서는 시스템에서 구현을 해야 하는데, 당연히 구현에 대한 노력이 많이 들어서 구체화 하기가 어려웠는데, 넷플릭스에서 이러한 마이크로 서비스 아키텍쳐 패턴을 오픈소스화 하여 구현하여 공개하였다. 예를 들어 위에서 언급한 써킷 브레이커 패턴의 경우에는 Hystrix (https://github.com/Netflix/hystrix/wiki)라는 오픈 소스로 공개가 되어 있다.

Hystrix 이외에도, 서비스 디스커버리 패턴은 Eureka, 모니터링 서비스인 Turbine 등 다양한 오픈 소스를 공개했다.



<그림. 넷플릭스의 마이크로 서비스 프레임웍 오픈소스 >

출처 : https://jsoftgroup.wordpress.com/2017/05/09/micro-service-using-spring-cloud-and-netflix-oss/


문제는 이렇게 오픈소스로 공개를 했지만, 여전히 그 사용법이 복잡하다는 것이다. Hystrix 하나만을 적용하는데도 많은 노력이 필요한데, 여러개의 프레임웍을 적용하는 것은 여간 어려운 일이 아니다.

그런데 여기서 스프링 프레임웍이 이런 문제를 풀어내는 기여를 한다. 스프링 프레임웍에 넷플릭스의 마이크로 서비스 오픈 소스 프레임웍을 통합 시켜 버린것이다. (http://spring.io/projects/spring-cloud-netflix)

복잡한 부분을 추상화해서 스프링 프레임웍을 적용하면 손쉽게 넷플릭스의 마이크로 서비스 프레임웍을 사용할 수 있게 해줬는데, 마지막 문제가 남게 된다. 스프링은 자바 개발 프레임웍이다. 즉 자바에만 적용이 가능하다.

서비스 매쉬

프록시

이러한 마이크로 서비스의 문제를 풀기 위해서 소프트웨어 계층이 아니라 인프라 측면에서 이를 풀기 위한 노력이 서비스 매쉬라는 아키텍쳐 컨셉이다.

아래와 같이 서비스와 서비스간의 호출이 있을때


이를 직접 서비스들이 호출을 하는 것이 아니라 서비스 마다 프록시를 넣는다.


이렇게 하면 서비스로 들어오거나 나가는 트래픽을 네트워크 단에서 모두 통제가 가능하게 되고, 트래픽에 대한 통제를 통해서 마이크로 서비스의 여러가지 문제를 해결할 수 있다.

예를 들어 앞에서 설명한 써킷 브레이커와 같은 경우에는 호출되는 서비스가 응답이 없을때 프록시에서 이 연결을 끊어서 장애가 전파되지 않도록 하면된다.


또는 서비스가 클라이언트 OS에 따라서 다른 서비스를 호출해야 한다면, 서비스가 다른 서비스를 호출할때, 프록시에서 메세지의 헤더를 보고 “Client”라는 필드가 Android면, 안드로이드 서비스로 라우팅을 하고, “IOS”면 IOS 서비스로 라우팅 하는 지능형 라우팅 서비스를 할 수 있다.


이런 다양한 기능을 수행하기 위해서는 기존의 HA Proxy,nginx, Apache 처럼 TCP 기반의 프록시로는 한계가 있다. 예를 들어서 위에서 언급한 HTTP 헤더 기반의 라우팅이나 조금더 나가면 메세지 본문을 기반으로 하는 라우팅들이 필요하기 때문에, L7 계층의 지능형 라우팅이 필요하다.

서비스 매쉬

그러면 이러한 마이크로 서비스에 대한 문제를 소프트웨어 계층이 아니라, 프록시를 이용해서 인프라 측면에서 풀어낼 수 있다는 것을 알았다. 그렇지만 마이크로 서비스는 한두개의 서비스가 아니라 수백, 수천의 서비스로 구성된다. 프록시를 사용해서 여러 기능을 구성할 수 있지만 문제는 서비스 수에 따라 프록시 수도 증가하기 때문에, 이 프록시에 대한 설정을 하기가 어려워진다는 것이다.



그래서 이런 문제를 해결하기 위해서, 각 프록시에 대한 설정 정보를 중앙 집중화된 컨트롤러가 통제하는 구조를 취할 수 있다. 아래 구조와 같이 되는데,

각 프록시들로 이루어져서 트래픽을 설정값에 따라 트래픽을 컨트롤 하는 부분을 데이타 플레인(Data Plane)이라고 하고, 데이타 플레인의 프록시 설정값들을 저장하고, 프록시들에 설정값을 전달하는 컨트롤러 역할을 하는 부분을 컨트롤 플레인(Control Plane) 이라고 한다.


다음 글에서는 이러한 서비스 매쉬 구조를 구현한 오픈 소스 솔루션인 Istio에 대해서 알아보도록 하겠다.



쿠버네티스 리소스(CPU/Memory)할당과 관리

조대협

리소스 관리


쿠버네티스에서 Pod를 어느 노드에 배포할지를 결정하는 것을 스케쥴링이라고 한다.

Pod에 대한 스케쥴링시에, Pod내의 애플리케이션이 동작할 수 있는 충분한 자원 (CPU,메모리 등)이 확보되어야 한다. 쿠버네티스 입장에서는 애플리케이션에서 필요한 자원의 양을 알아야, 그 만한 자원이 가용한 노드에 Pod를 배포할 수 있다.


쿠버네티스에서는 이런 컨셉을 지원하기 위해서 컨테이너에 필요한 리소스의 양을 명시할 수 있도록 지원하고 있다.  현재(1.9 버전) 지원되는 리소스 타입은 CPU와 메모리이며, 아직 까지는 네트워크 대역폭이나 다른 리소스 타입은 지원하고 있지 않다.

리소스 단위

리소스를 정의하는데 사용되는 단위는 CPU의 경우에는 ms(밀리 세컨드)를 사용한다. 해당 컨테이너에 얼마만큼의 CPU 자원을 할당할것인가인데, 대략 1000ms가 1 vCore (가상 CPU 코어) 정도가 된다. 클라우드 벤더에 따라 또는 쿠버네티스를 운영하는 인프라에 따라서 약간씩 차이가 있으니 참고하기 바란다.

메모리의 경우에는 Mb를 사용한다.

Request & Limit

컨테이너에 적용될 리소스의 양을 정의하는데 쿠버네티스에서는 request와 limit이라는 컨셉을 사용한다.

request는 컨테이너가 생성될때 요청하는 리소스 양이고, limit은 컨테이너가 생성된 후에 실행되다가 리소스가 더 필요한 경우 (CPU가 메모리가 더 필요한 경우) 추가로 더 사용할 수 있는 부분이다.


예를 들어 CPU request를 500ms로 하고, limit을 1000ms로 하면 해당 컨테이너는 처음에 생성될때 500ms를 사용할 수 있다. 그런데, 시스템 성능에 의해서 더 필요하다면 CPU가 추가로 더 할당되어 최대 1000ms 까지 할당될 수 있다.


리소스를 정의하는 방법은 아래와 같이 Pod spec 부분에서 개별 컨테이너 마다. Resources 파트에 request와 limit으로 필요한 리소스의 최소/최대양을 정의하면 된다.


apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: frontend

spec:

 containers:

 - name: db

   image: mysql

   resources:

     requests:

       memory: "64Mi"

       cpu: "250m"

     limits:

       memory: "128Mi"

       cpu: "500m"

 - name: wp

   image: wordpress

   resources:

     requests:

       memory: "64Mi"

       cpu: "250m"

     limits:

       memory: "128Mi"

       cpu: "500m"


위의 예제에 따라서 정의된 Pod내의 컨테이너 CPU 리소스의 할당은 다음과 같이 된다.


db라는 이름과 wp라는 이름의 컨테이너는 생성시 250ms 만큼의 CPU 리소스를 사용할 수 있도록 생성이 되고, 필요시 최대 CPU를 500ms 까지 늘려서 사용할 수 있다.

모니터링 리소스

그러면 사용할 수 있는 리소스의 양과 현재 사용되고 있는 리소스의 양을 어떻게 모니터링할 수 있을까?

사용할 수 있는 리소스의 양은 쿠버네티스 클러스터를 생성하는데 사용된 node의 스펙을 보면 알 수 있다. 예를 들어 2 코어 VM 5대로 node를 만들었다면 그 총량은 10 코어 = 10,000ms가 된다.

그러나 이 자원을 모두 사용자 애플리케이션에 사용할 수 있는 것이 아니다. 쿠버네티스 클러스터를 유지하는 시스템 자원이나 또는 모니터링등에 자원이 소비되기 때문에 실제로 사용할 수 있는 자원의 양을 확인하는게 좋은데 “kubectl describe nodes” 명령을 이용하면 된다.

아래 예제는 kubectl describe nodes 명령으로 node들의 상세정보중에서 한 node의 자원 상태를 모니터링한 내용이다.



아래 붉은 박스를 보면 총 4 코어 머신으로 현재 request된 CPU는 1081m이고 limit으로 296m를 확보하고 있다. 메모리는 request 된것은 685M가 requested 되었고, 약 1G가 limit으로 확보되어 있다.

실제 사용량은 붉은 박스 위를 보면 되는데, default 네임 스페이스의 client-6bcxxx Pod는 현재 110m의 CPU를 request해서 사용중인것을 확인할 수 있다.


확보된 리소스와 현재 실제로 사용되는 리소스의 양은 다른데, “kubectl top nodes” 명령을 이용하면 실제로 사용되고 있는 리소스의 상태를 확인할 수 있다. 아래는 4개의 노드에서 실제로 사용되고 있는 리소스의 양이다. 붉은 색으로 표시된 노드가 위의 예제와 같은 노드인데, 위에서 requested 된 양은 1081m이었는데, 실제 사용된 cpu는 151m가 사용되고 있다.


Pod들의 리소스 사용량은 “kubectl top pods” 명령으로 확인이 가능하다.


ResourceQuota & LimitRange

이제까지 컨테이너 운영에 필요한 리소스의 양을 명시하여 요청하는 방법을 알아보았다.

만약에 어떤 개발자나 팀이 불필요하게 많은 리소스를 요청한다면, 쿠버네티스 클러스터를 운영하는 입장에서 자원이 낭비가 되고, 다른 팀이 피해를 볼 수 있는 상황이 될 수 있다. 그래서, 쿠버네티스에서는 네임스페이스별로 사용할 수 있는 리소스의 양을 정하고, 컨테이너마다 사용할 수 있는 리소스의 양을 지정할 수 있는 기능을 제공한다.

Resource Quota

Resource Quota는 네임스페이스별로 사용할 수 있는 리소스의 양을 정한다.

아래는 예는 demo 네임스페이스에, CPU 는 500m ~ 700m 까지, 메모리는 100M~500M까지 할당한 예제이다.



이 용량안에서 demo 네임스페이스내에 컨테이너를 자유롭게 만들어서 사용할 수 있다.

Limit Range

Resource Quota가 네임 스페이스 전체의 리소스양을 정의한다면, Limit Range는 컨테이너 개별 자원의 사용 가능 범위를 지정한다.

아래 예제를 보자.



  • default 로 정의된 부분은 컨테이너에 limit을 지정하지 않았을 경우 디폴트로 지정되는 limit이다. 여기서는 cpu 600m, 메모리 100m로 정의되었다.

  • defaultRequest 로 정의된 부분은 컨테이너의 request를 지정하지 않았을 경우 디폴트로 지정되는 request의 양이다.

  • max : 컨테이너에 limit을 지정할 경우, 지정할 수 있는 최대 크기이다.

  • min : 컨테이너에 limit을 지정할 경우, 지정할 수 있는 최소 크기이다.  

Overcommitted 상태

이  request와 limit의 개념이 있기 때문에 생기는 문제인데, request 된 양에 따라서 컨테이너를 만들었다고 하더라도, 컨테이너가 운영이되다가 자원이 모자르면 limit 에 정의된 양까지 계속해서 리소스를 요청하게 된다.

컨테이너의 총 Limit의 양이 실제 시스템이 가용한 resource의 양보다 많을 수 있는 경우가 발생한다. 이를 overcommitted 상태라고 한다.

Overcommitted 상태가 발생하면, CPU의 경우에는 실제 사용량을 requested 에 정의된 상태까지 낮춘다. 예를 들어 limit이 500, request가 100인 경우, 현재 500으로 가동되고 있는 컨테이너의 CPU할당량을 100으로 낮춘다. 그래도 Overcommitted 상태가 해결되지 않는 경우, 우선 순위에 따라서 운영중인 컨테이너를 강제 종료 시킨다.  

메모리의 경우에는 할당되어 사용중인 메모리의 크기를 줄일 수 는 없기 때문에, 우선 순위에 따라서 운영 중인 컨테이너를 강제 종료 시킨다.  Deployment,RS/RC에 의해 관리되고 있는 컨테이너는 다시 리스타트가 되고 초기 requested 상태의 만큼만 자원 (메모리/CPU)를 요청해서 사용하기 때문에, overcommitted  상태가 해제된다.

Best practice

구글 문서에 따르면 데이타 베이스등 아주 무거운 애플리케이션이 아니면, 일반적인 경우에는 CPU request를 100m 이하로 사용하기를 권장한다.

또한 세밀하게 클러스터를 운영하기 어려운 경우에는 request와 limit의 사이즈를 같게 하는 것을 권장한다. limit이 request보다 클 경우 overcommitted 상태가 발생할 수 있는데, 이때 CPU가 throttle down 되면, 실제 필요한 CPU양 보다 작은 CPU양으로 줄어들기 때문에 성능저하가 발생할 수 있다.  




쿠버네티스 보안 Best Practice


조대협 (http://bcho.tistory.com)


지금까지 여러가지 보안 기능에 대해서 알아보았다. 그러면 이러한 보안 기능을 어떻게 잘 사용할지 베스프 프렉틱스에 대해서 알아보자. 쿠버네티스 보안 베스트 프렉틱스는 쿠버네티스 공식 블로그 https://kubernetes.io/blog/2016/08/security-best-practices-kubernetes-deployment/ 에 2016년 8월에 포스팅과 https://kubernetes.io/docs/tasks/administer-cluster/securing-a-cluster/ 에 2018년 7월에 포스팅된 내용을 기반으로 한다. 쿠버네티스는 새버전 릴리즈가 빠른 편이고 버전마다 기능이나 아키텍쳐의 변화가 심하기 때문에, 항상 새로운 베스트 프렉틱스를 찾아서 참고하기 바란다.

이 글에서는 쉽지만 중요한 보안 정책을 위주로 설명한다.

Control plan security

TLS (SSL) 사용

쿠버네티스를 설치하면 디폴트로 API 통신은 TLS(SSL) 암호화를 이용하도록 되어 있으나, 일부 재배포판의 경우는 REST API통신을 HTTPS를 사용하지 않고, HTTP를 사용하는 경우가 있기 때문에, 이를 확인할 필요가 있다.


인증

쿠버네티스는 앞에서 설명한데로 여러가지 인증 방식을 제공하고 있는데, 그중에 BASIC_AUTH를 사용하는 방식등은, 비밀 번호가 그냥 네트워크를 통해서 전송되기 때문에, 중간에 패킷을 가로 채는 방식등으로 탈취가 가능하다.

쿠버네티스는 이외에도 Bootstrap token, static token, X509 인증서, Open ID 연동등 다양한 인증 방식이 있는데, 가급적이면 Open ID 인증 방식을 사용하는 것이 안전하다.

RBAC 사용

쿠버네티스의 기본 인증 방법은 ABAC(Attirbute-Based control) 이다.  사용자마다 기능에 대해서 권한을 배정하는 방법인데,

RBAC은 1.6에서 소개되었고, 1.8 부터는 디폴트이다. 1.6~1.8 버전은 RBAC 설정을 따로 하기 바라고, 1.6 이하 버전은 1.8 이상 버전으로 업그레이드 하는 것을 권장한다.

대쉬 보드 사용 금지

쿠버네티스 대쉬 보드는 편리하고 강력한 기능을 가지고 있지만, 별도의 접근 통제 기능이 디폴트로 탑재되어 있지 않다. 1.8 이전 버전에는 클러스터에 대한 모든 억세스가 가능한 서비스 어카운트가 바인딩되어 있기 때문에, 클러스터에 대한 모든 접근이나 보안 정보(토큰)등의 탈취가 가능하다.

실제로 테슬라의 경우에 쿠버네티스 대쉬보드 접근을 통해서, 해킹을 당한 사례가 유명하다. https://redlock.io/blog/cryptojacking-tesla

가급적이면 쿠버네티스 대쉬보드를 사용하지 않도록 하는 것이 좋고 (인스톨하지 않는다.), 사용한다고 해도, 계정 인증과, 내부 인터넷망을 통한 접근만을 허용하는등의 추가적인 보안 조치가 반드시 필요하다.

kubectl 억세스 통제 (마스터 노드 억세스 통제)

kubectl은 쿠버네티스를 통제할 수 있는 매우 강력한 툴이다. 일종의 어드민툴이기 때문에 접근 제어를 하는 것이 좋다. 쿠버네티스 방화벽 설정등을 해서 특정 머신에서만 오는 트래픽만 마스터 노드가 받아 드리도록 설정하는 방법이다.  태그 기반으로 k8s-controller로 가는 트래픽을 특정 머신에서 오는 트래픽만을 수용하게 하거나 또는 bastion을 놓고, bastion에서 들어온 API 호출만 수용하도록 하는 방법이 있다.

서비스 어카운트 토큰 마운트을 자동으로 마운트 하지 않게 한다.

Pod는 기본적으로 서비스 어카운트를 사용하게 되어 있다. 만약 서비스 어카운트를 지정하지 않으면 디폴트로 정의된 서비스 어카운트를 사용하게 되는데, 쿠버네티스에서는 디폴트로 서비스 어카운트를 사용하게 되면 서비스 어카운트의 API 토큰을 볼륨으로 마운트 한다.

서비스 어카운트 볼륨은 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 디렉토리에 마운트 되는데, 이 디렉토리 안에는 API인증을 위한 인증서와, 토큰이 들어 있다.

만약 이 토큰을 탈취당하게 되면, 토큰을 이용하여 쿠버네티스 API 접근이 가능하다.

일반적인 Pod의 경우에는 애플리케이션을 운영하기 위한 목적으로 사용될뿐, 쿠버네티스 API를 접근할 일이 없기 때문에 사용하지 않는 토큰을 마운트 하는 것은 위험하다. 해커가 컨테이너를 해킹해서  /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount 디렉토리를 접근한다면 토큰을 탈취할 수 있다.

이를 막기 위해서, 서비스 어카운트를 사용시 디폴트로 서비스 어카운트 토큰을 마운트하지 않게 하는 것이 좋다.


아래와 같이 서비스 어카운트를 생성할때, 자동으로 토큰을 마운트 하지 않는 옵션을 주거나,

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

 name: nonroot-sa

automountServiceAccountToken: false


또는 아래와 같이 Pod 정의 부분에서 서비스 어카운트에 디폴트로 토큰을 마운트 하지 않게 정의하면 된다.


apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

 name: nonroot-deploy

spec:

 replicas: 3

 selector:

   matchLabels:

     app: nonroot

 template:

   metadata:

     name: nonroot-pod

     labels:

       app: nonroot

   spec:

     serviceAccountName: nonroot-sa

     automountServiceAccountToken: false

     securityContext:

       runAsUser: 1001

       fsGroup: 2001

     containers:

     - name: nonroot

       image: gcr.io/terrycho-sandbox/security-context:v1

       imagePullPolicy: Always

       ports:

       - containerPort: 8080


반대로 토큰을 사용하고 싶을때는 Pod 정의 부분에서 automountServiceAccountToken: true 옵션을 주면된다.


감사 로깅 (Audit)

쿠버네티스 클러스터에 대한 각종 명령어 (Pod 생성, Service 생성 삭제 등)에 대한 내용을 추적하기 위해서 모든 로그를 남겨서 정상적인 접근 여부를 판단하고, 비정상적인 접근이 발생하였을때, 이를 감지하고 추적할 수 있는 기반을 마련해야 한다. 모니터링/로깅 시스템 구축시 감사 로깅은 별도로 분리해서 감사에 대한 내용만을 따로 추적할 수 있도록 하는것이 좋다.

노드 시큐리티

컨테이너를 호스팅하는 노드에 대해서도 보안 조치가 필요하다. 다음 항목은 필수적으로 적용하기를 권장되는 항목이다.

노드에 Private IP 만 사용 (Public IP 사용 금지)

노드 서버의 IP를  Private IP만을 사용하여, 외부 인터넷으로 부터 노드 서버를 접속할 수 있는 경로를 원천적으로 차단한다.

Minimal OS 사용

노드 서버의 OS는 필요한 기능만을 가지고 있는 OS만을 설치하는 것이 좋다. OS에 따라서 디폴트로 메일 서버, FTP등 사용하지 않는 서비스가 디폴트로 제공됨으로써, 노드 서버로 접근할 수 있는 채널을 제공할 수 있다.

정기적인 패치

또한 노드 OS에 대해서 정기적인 보안 패치를 적용함으로써, 새롭게 발견되는 보안 위협에 대해 사전 봉쇄 조치를 취해야 한다

컨테이너 시큐리티

마지막으로 컨테이너에 대한 보안을 강화하는 방법이다.

컨테이너 이미지 관리

가장 중요한 것중의 하나가 컨테이너 이미지를 잘 관리하는 것인데, 일반적으로 도커로 이미지를 만들때, 베이스 이미지 (OS등이 깔려있는)를 외부 컨테이너 레파지토리에서 가져다가 사용하는 경우가 많다. 이 경우 공인되지 않는 이미지등을 사용해서, 해킹 프로그램이 깔려있는 이미지가 베이스 이미지로 사용되거나, 또는 최신 보안 패치가 되어 있지 않은 이미지로 전환하지 않고 계속 오래된 이미지를 사용해서, 보안에 헛점을 들어내는 경우가  많다.

베이스 이미지 사용은 반드시, 보안이 검증된 이미지를 사용하되, 지속적으로 최신 OS 패치를 적용한 이미지를 사용해야 한다.

베이스 이미지를 포함하여 실제 쿠버네티스에 배포되는 애플리케이션 컨테이너 이미지는 신뢰할 수 있는 이미지 저장 서비스를 이용하고, 해당 클러스터 및 허가된 IP나 사용자만 접근할 수 있도록 하는 것이 좋다.


또는 상용 서비스 중에는 컨테이너 저장소에 저장된 이미지를 스캔해서 보안에 위협이 되는 항목을 자동으로 검출하여 알려주는 서비스들이 있다.

아래 그림은 구글 클라우드의 컨테이너 저장소 서비스로, 컨테이너에 저장된 이미지에 대해서 보안 위협을 자동으로 스캔해서 리포팅 해주는 기능이다.




Security Context 사용

Pod를 정의할때, 불필요한 root나 커널 접근 권한을 최대한 제외하는 것이 좋다.

Security context를 이용해서 이런 권한을 통제할 수 있다.

  • 컨테이너는 꼭 필요하지 않는 이상 root 사용자 권한이 아니라 일반 사용자로 실행하도록 한다. securityContext에서 runAsUser와 fsGroup을 이용해서 사용자와 그룹을 지정할 수 있다.

  • Root 권한으로 실행할 수 없도록 securityContext에서 runAsNonRoot 를 true로 설정한다.

  • 꼭 필요한 경우가 아니라면 root 권한으로 생성된 파일이나 디렉토리에 대해서는 읽기만을 할 수 있도록 SecurityContext에서 readOnlyRootFilesystem 를 true로 설정한다.

  • 마지막으로 필요한 경우가 아니라면 호스트 커널에 대한 접근을 막기 위해서 securityContext에서 privileged를 false로 설정한다.

PodSecurityPolicy를 이용한 Pod Security Context 통제

SecurityContext를 위와 같이 설정하도록 권고하지만, 이를 빼먹을 수 있기 때문에,  PodSecurityPolicy (PSP)를 정의하여, Security context를 강제할 필요가 있다.

Network Policy를 이용한 트래픽 통제

마지막으로 Network policy를 정의해서, Pod로의 네트워크 접근을 통제하여 불필요한 접근을 막는다. 예를 들어 MySQL DB서버로의 접근은 label이 app=apiserver인 서버들만 3306으로 inbound 트래픽만 들어올 수 있도록 통제하는 등의 예를 들 수 있다.



마이크로 서비스 아키텍쳐와 컨테이너

조대협 (http://bcho.tistory.com)

모노리틱 아키텍처

마이크로 서비스 아키텍쳐를 이해하려면 먼저 이에 상반되는 모노리틱 아키텍쳐를 이해할 필요가 있다. 모노리틱 아키텍쳐는 전통적인 아키텍쳐 스타일로 애플리케이션이 하나의 서버에 배포 되고, 데이타 베이스도 마찬가지로 하나의 데이타 베이스에 모든 데이타를 저장하는 방식이다.


예전에 하나의 큰 서버를 놓고, 그 안에 하나의 애플리케이션으로 개발하는 방식인데, 수퍼돔과 같이 큰 머신을 하나 놓고, 오라클 데이타베이스에 모든 데이타를 저장하고, 애플리케이션 바이너리를 하나로 개발하는 방식이다. 중앙 관리된 구조에서 통제가 편리하고, 같은 솔루션을 사용한다는데 있어서 장점이 있다.

마이크로 서비스 아키텍처

마이크로 서비스 아키텍처 (Micro service architecture,이하 MSA)는 비지니스 기능 마다 애플리케이션 서버와 데이타 베이스 서버를 분리하는 방식이다.

아래 그림과 같이 상품 정보, 상품 리뷰, 상품 상세 정보 서비스를 각각 별도의 애플리케이션으로 나누고 데이타 베이스도 각각 나누는 방식이다.  


이렇게 서버를 나누는 이유는 몇가지가 있는다.

첫번째는 서비스를 개발하는 조직이 다른 경우, 각 조직에 서비스 기획,개발,운영에 대한 독립적인 권한을 부여함으로써, 각 서비스 개발을 할때 다른 서비스에 대한 의존성이 없이 빠르게 개발할 수 있게 하는 목적을 가진다.

두번째는 인프라의 변화에 의한 요인을 들 수 있는데, 기존에는 수억의 고성능 서버에 하나의 애플리케이션을 넣는 방식을 이용했다면 근래에는 x86 서버기반으로 상대적으로 저비용,저성능 서버를 더 많이 사용하는 방식을 이용하기 때문에 하나의 큰 애플리케이션을 만드는 것보다, 작은 애플리케이션으로 나눠서 여러 서버에 분산하는 것이 유리하기 때문이다.

모노리틱 아키텍쳐와 비교

모노리틱 아키텍쳐에 비해서, 마이크로 서비스 아키텍쳐는 앞에서 언급한바와 같이 서비스 개발에 대해서 독립성을 가짐으로써 개발의 속도를 높일 수 있는 장점이 있고, 이외에도 서비스별로 다른 기술을 사용할 수 있다는 장점이 있는데, 이는 서비스 특성에 따라서 적절한 기술을 사용할 수 있다는 것을 의미한다.


반드시 장점만 있는 것이 아니라, 단점도 있는데, 여러가지 기술을 혼용해서 사용하다 보니, 그 기술의 표준을 통제하기가 어렵다. 희귀한 기술로 개발을 진행한 서비스가 있을때 개발자가 팀을 떠나게 되면, 해당 서비스를 계속해서 유지하기 어려울 수 있고, 같은 기술을 사용하더라도 프레임웍이나 코드 표준화 개발 프로세스 표준화 등에서 어려움을 겪을 수 있다.

마이크로 서비스 아키텍쳐가 어려운점 중의 하나는 서비스가 증가될 수 록, 서비스간의 연계가 복잡해져서 장애가 발생했을때 어느 서비스에서 장애가 발생했는지 찾아서 조치하는 것이 어렵다는 것이다. 그래서 마이크로서비스에서는 특히 분산된 서비스간의 모니터링을 구현하는데 더 많은 노력을 기울여야 한다.

조직 구조

마이크로 서비스의 목적은 서비스를 작은 단위로 쪼겐 후에, 각 팀이 각 서비스에 대한 개발과 운영 전체에 대한 책임을 부여함으로써, 서비스 개발의 속도를 높이는데 있다. 그래서, 마이크로 서비스 아키텍쳐를 적용하는데 있어서 가장 중요한 것은 조직 구조이다.


소프트웨어 아키텍쳐와 조직문화에 대해서 재미있는 이론이 하나 있는데, 콘웨이의 법칙이다.  콘웨이의 법칙은 “소프트웨어 아키텍쳐는, 소프트웨어를 개발하는 팀의 구조를 따라간다" 라는 이론이다.

이를 재 해석하면 마이크로 서비스 아키텍쳐에서 서비스의 분류 단위는 이를 개발하는 팀의 단위가 된다.


아무리 아키텍쳐를 논리적으로 잘 설계해서 서비스별로 나눴다하더라도, 팀의 구조와 맞지 않으면, 결국에는 아키텍쳐가 무너진다. 예전에 시스템을 설계할때, 미국,캐나다,인도,한국팀으로 팀을 나눠서 일한적이 있었다. 마이크로 서비스 아키텍쳐를 도입했었는데, 개발을 진행함에 따라서 서비스 컴포넌트의 기능이 처음 설계대로 진행되지 않고 한쪽으로 몰리는 현상이 발생하게 되었다. 한국에 기획이 있었기 때문에 비지니스에 연계된 결정은 대부분 한국에서 나오게 되었고 많은 커뮤니케이션이 필요하였기 때문에, 한국팀이 상대적으로 비지니스에 연계된 중요 컴포넌트를 많이 맏게 되었다. 미국과 캐나다는 기술이 상대적으로 좋았기 때문에 기술 난이도가 높은 기능들이 미국과 캐나다 서비스로 몰리게 되었고, 시간대가 같기 때문에 커뮤니케이션이 활발하게 일어났고 결과적으로 미국과 캐나다 서비스는 타이트하게 서로 맞물리는 구조가 되었다.

인도의 경우 시간대가 다르고 커뮤니케이션의 어려움 때문에 한번 커뮤니케이션하는데 시간이 많이 소요되었고 그로 인해서 상대적으로 덜 중요한 기능이 인도팀으로 점점 배정되었다.


사례에서 볼 수 있듯이, 마이크로 서비스 아키텍쳐 설계에서 가장 중요한 점은 기술적으로 아키텍쳐를 잘 설계하는 것이 아니라, 팀의 구조를 아키텍쳐에 맞는 구조로 만들고, 그 안에 원할한 커뮤니케이션 환경을 만들어주는 것이 가장 중요하다.  

조직문화

팀을 분할해서 독립성을 부여해서 개발의 속도를 높일려면 단순하게 팀만을 분할해서는 불가능하다. 각 팀이 맏은 컴포넌트 또는 서비스에 개발에 대한 독립적인 책임을 부여하려면 권한도 같이 부여해야 한다.

기존의 모노리틱 시스템의 개발팀을 운영하는 구조가 중앙 조직이 의사 결정을 하고 전체 프로젝트를 진행하는 중앙 집중형 거버넌스 모델이었다면, 마이크로 서비스 아키텍쳐는 설계와 프로젝트 진행 각각에 대한 의사 결정을 각 서비스 팀에 내리는 분산형 거버넌스 구조가 바람직하다. 중앙팀에서 의사 결정을 받고 그에 따라 개발을 진행하면 커뮤니케이션 오버헤드가 발생하고 그로 인하여 빠른 개발이 어렵기 때문에 그 권한을 개발 주체에게 분산하는 모델이다.


의사 결정 권한을 각 팀에게 분산하려면 각 팀이 의사 결정을 할 수 있는 능력이 있는 팀 구조가 되어야 한다.

팀내에서 의사 결정을 하고 스스로 서비스를 개발할 수 있는 능력을 갖춰야 하는데, 이를 위해서는 기획,개발, 테스트 및 운영등 모든 역할이 한 팀안에 있어야 한다. 팀의 크기는 보통 5~8명 정도가 적절한데, 이를 2-피자팀이라고도 이야기 한다. (2개의 피자로 팀원들이 모두 먹을 수 있는 정도의 팀의 크기) 이 인원을 넘어서면 커뮤니케이션이 어려워지고 작으면 제대로 된 서비스를 개발하기 어렵기 때문에 이 정도 팀의 크기를 추천한다.


DEVOPS

Devops는 운영과 개발을 한팀에서 하는 모델을 말하는데, 팀이 개발과 운영을 모두 담당함으로써 개발과 운영 사이에서 오는 간극을 해결하고 개발된 시스템을 빠르게 배포하고, 운영 과정에서 얻은 노하우를 개발에 반영해서 시장의 요구 사항에 빠르게 반응 하는데 그 목적을 둔다.

개발과 운영을 한팀에서 담당함에도 불구하고,  Devops 엔지니어, SRE (Site Reliability engineer)등과 같이 기존의 운영팀이 하던 일을 하는 역할이 여전히 남아 있는데, 그렇다면 Devops로 넘어왔음에도 불구하고 이러한 역할이 계속 남아 있는 이유와 정확한 역할은 무엇일까?


앞에서도 언급했듯이 Devops는 개발팀이 개발/배포/운영을 모두 담당하는 셀프 서비스 모델이다. 셀프 서비스를 하기 위해서는 인프라가 플랫폼화 되어 있어야 한다. 개발팀이 직접 데이타 센터에 가서 서버를 설치하고 OS를 설치하고 네트워크 구성을 하기는 어렵고, 온라인으로 서버를 설치하고 네트워크를 구성할 수 있어야 하고, 무엇보다 쉬워야 한다. 인프라 구성뿐 아니라 그위에 소프트웨어를 쉽게 빌드 및  배포하고 운영 중인 시스템에 대한 모니터링이 가능해야 하는데, 이러한 인프라를 일일이 구성하기는 어렵기 때문에 플랫폼화가 되어 있어야 하는데, Devops 엔지니어의 역할은 이러한 플랫폼을 만드는 역할이 된다.



위의 그림과 같이 Devops 팀은, 시스템을 실행할 수 있는 런타임 인프라를 개발 배포하고, 런타임 시스템에 대한 모니터링과 로깅을 제공하며, 이 시스템에 자동으로 배포할 수 있는 CI/CD 플랫폼을 구축한다.

이렇게 개발된 플랫폼에 개발팀은 개발된 시스템을 스스로 배포하고 운영하는 모델이다.

이러한 모델은 구글의 SRE (Site Reliability Engineering)에서 좋은 사례를 찾아볼 수 있는데, SRE 엔지니어는 시스템이 개발된 후에, 인프라 시스템에 대한 플랫폼화 작업을 수행하고, 이 플랫폼이 완성되어 안정화 될때까지 지속적인 지원을 하며, 플랫폼에 대한 안정화 작업이 끝나면 플랫폼의 운영을 개발팀에 맏기고 다른 프로젝트를 위한 플랫폼 작업을 하는 방식이다.

컨테이너

이러한 플랫폼을 지원하기 위해서는 벤더 종속적이지 않고, 개발자가 손쉽게 운영 및 접근할 수 있는 인프라 관리 기술이 필요한데, 이런 기술로 많이 언급되는 기술이 컨테이너이다.




가상머신 (VM)의 경우에는 하이퍼바이저의 종류에 따라서, 호환이 되지 않는 경우가 있고, 무엇보다 가상 머신 이미지의 사이즈가 매우 크기 때문에 (수백~기가 이상) 손쉽게 이식하기가 쉽지 않다.

또한 하드웨어 계층 부터 가상화 하기 때문에 실행하는데 컨테이너에 비해서 상대적으로 많은 자원이 소요된다.

컨테이너의 경우 가상 머신을 사용하지 않고 호스트 OS의 커널에서 바로 실행이 된다. 실행되는 컨테이너의 OS가 호스트 OS와 다른 경우, 이 다른 부분 (알파)만을 컨테이너에서 추가로 패키징하여 실행이 된다.

예를 들어 호스트 이미지에 기능이 A,B,C가 있고, 컨테이너는 A,B,C,D가 필요하다면, 컨테이너에는 다른 부분인 D만 묶어서 패키징 하는 개념이다.  그래서 가상머신에 비해서 크기가 훨씬 작고 가상화 계층을 거치지 않기 때문에 훨씬 효율적이라고 말할 수 있다.

컨테이너 관리 솔루션

컨테이너를 소규모로 사용한다면 물리 서버를 직접 지정해서 배포하면 되지만, 대규모로 컨테이너를 운영하고자 할때는 어떤 서버에 컨테이너를 배치해야 하는 가에 대한 문제가 생긴다.


예를 들어 16 CPU, 32 GB 메모리 머신들에 컨테이너를 배포할때 컨테이너 사이즈가 2 CPU, 3 CPU, 8 CPU등 다양할 수 있기 때문에, 자원을 최대한 최적으로 사용하기 위해서 적절한 위치에 배포해야 하고, 애플리케이션 특성들에 따라서, 같은 물리 서버에 배포가 되어야 하거나 또는 가용성을 위해서 일부러 다른 물리서버에 배포되어야 하는 일이 있다. 이렇게 컨테이너를 적절한 서버에 배포해주는 역할을 스케쥴링이라고 한다.



이렇게 컨테이너 스케쥴링을 해주는 솔루션으로는 Kubernetes, Mesosphere, OpenStack 등 다양한 솔루션이 난립해서 혼돈이었는데, 작년말 (2017년말)을 기점으로 해서 쿠버네티스가 de-facto 표준으로 되어가는 형국이다. 아래 트랜드 그래프에서 보면 알 수 있듯이 쿠버네티스의 트랜드가 지속적으로 올라가서 가장 높은 것을 확인할 수 있다.



또한 주요 클라우드 벤더인 아마존,구글,애저 모두 컨테이너 관리 환경을 쿠버네티스를 지원하는 정책으로 변화된것은 물론이고 IBM이나 시스코와 같은 온프렘(on-premise) 솔루션 업체들도 경쟁적으로 쿠버네티스를 지원하고 있다.

가상 머신위의 컨테이너

보통 이런 컨테이너 환경을 운영할때 베어메탈 (하드웨어)위에 바로 컨테이너 솔루션을 올리지 않고, 가상화 환경을 올린 후에, 그 위에 컨테이너 환경을 올리는 경우가 많다.


베어메탈 위에 바로 컨테이너 환경을 올리면 성능적 이점도 있고, 계층도 줄어들어 관리도 편리한데, 왜 가상화 계층을 한번 더 두는 것일까? 이유는 컨테이너 환경을 조금더 유연하게 사용할 수 있기 때문이다. 먼저 가상 머신을 이용해서 컨테이너 환경을 isolation할 수 있고, 가상화를 통해서 자원의 수를 더 늘려서 이를 잘게 쪼게서 사용이 가능하다. 예를 들어 설명하면, 8 CPU 머신을 쿠버네티스로 관리 운영하면, 8 CPU로밖에 사용할 수 없지만, 가상화 환경을 중간에 끼면, 8 CPU를 가상화 해서 2배일 경우 16 CPU로, 8배일 경우 64 CPU로 가상화 하여 좀 더 자원을 잘게 나눠서 사용이 가능하다.




구글 클라우드 해커톤 세션으로 진행한 강의 내용입니다

50분 정도 인데, 짧게 쿠버네티스에 대한 설명과, 마이크로서비스에 대한 설명

그리고 쿠버네티스 에코 시스템인 Spinnaker, Istio, KNative 등에 대해서 설명합니다



쿠버네티스 #19

보안 4/4 - Pod Security Policy

조대협 (http://bcho.tistory.com)



SecurityContext가 컨테이너나 Pod의 보안 기능을 정의 하는 것이라면, Pod Security Policy (이하 PSP)는 보안 기능에 대한 정책을 정의 하는 것이다.

예를 들어, 정책으로 Pod를 생성할때는 반드시 root 사용자를 사용하지 못하도록 강제한다던지, Privileged 모드를 사용못하도록 강제할 수 있다. 현재는 (2018년9월1일) 베타 상태이기 때문에 다소의 기능 변경이 있을 수 있음을 염두하고 사용하도록 하자.

개념

개념이 복잡하기 때문에 먼저 기본적인 개념을 이해한 후에, 각 상세를 살펴보도록 하자.

먼저 아래 그림을 보자 PSP는 생성후에, 사용자에게 지정이 된다.

그리고 Pod를 생성할때, Pod의 보안 요건을 SecurityContext를 이용해서 Pod 설정에 정의한다.

Pod를 생성하려고 할때, 생성자(사용자)의 PSP를 레퍼런스 하는데, Pod의 보안 요건이 사용자에게 정의되어 있는 PSP 요건을 만족하면, Pod가 생성된다.



반대로, Pod를 생성할때, Pod의 보안 요건 (SecurityContext)가 Pod를 생성하고자하는 사용자의 PSP요건을 만족하지 않으면, Pod 생성이 거부된다. 아래 그림은 사용자의 PSP에서 Privileged 모드를 사용할 수 없도록 설정하였으나, Pod를 생성할때 Privileged 모드를 Pod 가 사용할 수 있도록 설정하였기 때문에, Pod를 생성에 실패하는 흐름이다.




Pod Security Policy

Pod Security Policy는 Security Context와 달리 클러스터 리소스 (Cluster Resource)이다.

즉 적용하는 순간 클러스터 전체에 적용이 된다는 이야기이다.


정책 종류

Pod Security Policy를 통해서 통제할 수 있는 정책은 다음과 같다.

(출처 https://kubernetes.io/docs/concepts/policy/pod-security-policy/) 자세한 내용은 원본 출처를 참고하기 바란다.


Control Aspect

Field Names

Running of privileged containers

privileged

Usage of host namespaces

hostPID, hostIPC

Usage of host networking and ports

hostNetwork, hostPorts

Usage of volume types

volumes

Usage of the host filesystem

allowedHostPaths

White list of Flexvolume drivers

allowedFlexVolumes

Allocating an FSGroup that owns the pod’s volumes

fsGroup

Requiring the use of a read only root file system

readOnlyRootFilesystem

The user and group IDs of the container

runAsUser, supplementalGroups

Restricting escalation to root privileges

allowPrivilegeEscalation, defaultAllowPrivilegeEscalation

Linux capabilities

defaultAddCapabilities, requiredDropCapabilities, allowedCapabilities

The SELinux context of the container

seLinux

The AppArmor profile used by containers

annotations

The seccomp profile used by containers

annotations

The sysctl profile used by containers

annotations



포맷

PSP의 포맷을 이해하기 위해서 아래 예제를 보자

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: PodSecurityPolicy

metadata:

 name: nonroot-psp

spec:

 seLinux:

   rule: RunAsAny

 supplementalGroups:

   rule: RunAsAny

 runAsUser:

   rule: MustRunAsNonRoot

 fsGroup:

   rule: RunAsAny

 volumes:

 - '*'


nonroot-psp 라는 이름으로 PSP를 정의하였고, seLinux,supplementalGroup,fsGroup과 volumes(디스크)에 대한 권한은 모두 허용하였다. runAsUser에 rule (규칙)을 MustRunAsNonRoot로 지정해서, 이 정책을 적용 받은 사용자는 Pod를 생성할때 Pod가 반드시 root 사용자가 아닌 다른 사용자를 지정하도록 정의했다.

PSP 사용자 적용

PSP 를 정의하고 실행한다고 해도, 실제로 적용되지 않는다. PSP를 적용하기 위해서는 생성한 PSP를 RBAC을 이용하여 ClusterRole을 만들고, 이 ClusterRole을 사용자에게 부여해야 실제로 정책이 적용되기 시작한다. 사용자에게 PSP를 적용하는 부분은 뒤의 예제에서 살펴보자

이때 주의할점은 사용자의 정의인데, 쉽게 생각하면 사용자를 사람으로만 생각할 수 있는데, 쿠버네티스의 사용자는 사람이 될 수 도 있지만 서비스 어카운트 (Service account)가 될 수 도 있다.

쿠버네티스에서 Pod를 생성하는 주체는 사용자가 kubectl 등으로 Pod를 직접생성할 경우, 사람이 사용자가 되지만, 대부분의 경우 Pod의 생성과 관리는 Deployment나 ReplicaSet과 같은 컨트롤러를 이용하기 때문에, 이 경우에는 컨트롤러들이 사용하는 서비스 어카운트가 사용자가 되는 경우가 많다.

그래서, PSP를 적용하는 대상은 일반 사용자가 될 수 도 있지만 서비스 어카운트에 PSP를 적용해야 하는 경우가 많다는 것을 반드시 기억해야 한다.

PSP 활성화

PSP는 쿠버네티스 클러스터에 디폴트로는 비활성화 되어 있다. PSP 기능을 사용하기 위해서는 이를 활성화 해야 하는데, PSP는 admission controller에 의해서 컨트롤 된다.

구글 클라우드

구글 클라우드에서 PSP를 활성화 하는 방법은 아래와 같이 gcloud 명령을 이용하면 된다.


%gcloud beta container clusters update {쿠버네티스 클러스터 이름} --enable-pod-security-policy --zone={클러스터가 생성된 구글 클라우드 존}


만약에 활성화된 PSP 기능을 비활성화 하고 싶으면 아래와 같이 gcloud 에서 --no-enable-pod-security-policy  옵션을 사용하면 된다.


gcloud beta container clusters update {쿠버네티스 클러스터 이름}  --no-enable-pod-security-policy --zone={클러스터가 생성된 구글 클라우드 존}

Minikube

minikube start --extra-config=apiserver.GenericServerRunOptions.AdmissionControl=NamespaceLifecycle,LimitRanger,ServiceAccount,PersistentVolumeLabel,DefaultStorageClass,ResourceQuota,DefaultTolerationSeconds,PodSecurityPolicy


주의할점은 PSP 기능이 활성화된후에, PSP가 적용되지 않은 사용자(사람과, 서비스어카운트 모두)의 경우에는 Pod를 생성할 수 없기 때문에, 기존에 잘 생성되던 Pod가 갑자기 생성되지 않는 경우가 많기 때문에, 반드시 기능을 활성화하기 전에 반드시, 사용자마다 적절한 PSP를 생성해서 적용하기 바란다. (PSP기능을 활성화하지 않더라도 기본적으로 PSP 정의및, PSP를 사용자에게 적용하는 것은 가능하다.)

예제

개념에 대한 이해가 끝났으면 이제 실제 예제를 통해서 어떻게 PSP를 생성 및 적용하는지를 알아보도록 하자. 예제는 다음 순서로 진행하도록 한다.

  1. PSP 정의 : Root 권한을 사용이 불가능한 PSP를 생성한다.

  2. 서비스 어카운트 생성 : PSP를 생성할 서비스 어카운트를 생성한다. Pod를 바로 생성하는 것이 아니라 Deployment를 통해서 생성할것이기 때문에 Deployment에서 이 서비스 어카운트를 사용할것이다.

  3. ClusterRole 생성 : 다음 1에서 만든 PSP를 2에서 만든 서비스 어카운트에 적용하기 위해서, PSP를 가지고 있는 ClusterRole을 생성한다.

  4. ClusterRoleBinding을 이용하여 서비스 어카운트에 PSP 적용 : 3에서 만든 ClusterRole을 2에서 만든 서비스 어카운트에 적용한다.

  5. Admission controller 활성화 : PSP를 사용하기 위해서 Admission controller를 활성화 한다.

  6. Pod 정의 및 생성 : 2에서 만든 서비스 어카운트를 이용하여 Deployment 를 정의한다.

  7. 테스트 : 테스트를 위해서, root user를 사용하는 deployment와, root user를 사용하지 않는 deployment 두개를 각각 생성해서 psp 가 제대로 적용되는지를 확인한다.

PSP 정의

PSP를 정의해보자. 아래와 같이 nonroot-psp.yaml 을 작성한다. 이 PSP는 runAsUser에서 MustRunAsNotRoot 규칙을 추가해서, Root 권한으로 컨테이너가 돌지 않도록 하는 정책이다.


# nonroot-psp.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: PodSecurityPolicy

metadata:

 name: nonroot-psp

spec:

 seLinux:

   rule: RunAsAny

 supplementalGroups:

   rule: RunAsAny

 runAsUser:

   rule: MustRunAsNonRoot

 fsGroup:

   rule: RunAsAny

 volumes:

 - '*'


파일을 nonroot-psp.yaml 파일로 저장한후에,

%kubectl create -f nonroot-psp.yaml

명령어를 이용하여 PSP를 생성한후에,

%kubectl get psp

명령을 이용하여, PSP가 생성된것을 확인하자




서비스 어카운트 생성

서비스 어카운트 생성을 위해서 아래 yaml 파일을 작성하고, 서비스 어카운트를 생성하여 확인하자


#nonroot-sa.yaml

apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

 name: nonroot-sa



ClusterRole 생성 및 적용

서비스 어카운트를 생성하였으면, 앞에 만든 PSP nonroot-psp 를 사용하는 ClusterRole nonroot-clusterrole을 생성하고, 이 롤을 nonroot-clusterrole-bindings를 이용하여, 앞서 만든 서비스 어카운트 nonroot-sa 에 연결한다.


아래와 같이 ClusterRole을 생성하는데, resouces 타입을 podsecuritypolicies 로 정의하고, 리소스 이름은 앞에서 생성한 PSP인 nonroot-psp로 지정한다. 그리고, 이 psp를 사용하기 위해서 verb는 “use”로 지정한다

#nonroot-clusterbinding.yaml

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: ClusterRole

metadata:

 name: nonroot-clusterrole

rules:

- apiGroups:

 - policy

 resources:

 - podsecuritypolicies

 resourceNames:

 - nonroot-psp

 verbs:

 - use


%kubectl create -f nonroot-clusterrole.yaml

명령어를 이용하여 위의 ClusterRole을 생성한후에, 이 ClusterRole을 서비스 어카운트 nonroot-sa 에 적용하자.

아래와 같이 nonroot-clusterrolebinding.yaml 를 생성한후,


#nonroot-clusterrolebinding.yaml

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

kind: ClusterRoleBinding

metadata:

 name: nonroot-clusterrole-bindings

subjects:

- kind: ServiceAccount

 name: sa-nonroot

 namespace: default

roleRef:

 apiGroup: rbac.authorization.k8s.io

 kind: ClusterRole

 name: nonroot-clusterrole


%kubectl create -f nonroot-clusterrolebinding.yaml

명령어를 이용하여 ClusterRole nonroot-clusterrole을 서비스 어카운트 sa-nonroot에 적용한다.

도커 컨테이너 생성

이제 PSP가 생성되었고, 이 PSP를 사용하는 서비스 어카운트 nonroot-sa 가 완성되었으면, 이를 실제로 배포에 적용해보자. 배포에 앞서서 컨테이너 이미지를 만든다.

아래는 Docker 파일인데, 앞의 보안 컨텍스트 설명때 사용한 컨테이너와 동일하다.


#Dockerfile

FROM node:carbon

EXPOSE 8080

RUN groupadd -r -g 2001 appuser && useradd -r -u 1001 -g appuser appuser

RUN mkdir /home/appuser && chown appuser /home/appuser

USER appuser

WORKDIR /home/appuser

COPY --chown=appuser:appuser server.js .

CMD node server.js > /home/appuser/log.out

생성된 도커이미지를 gcr.io/terrycho-sandbox/nonroot-containe:v1 이름으로 docker push 명령을 이용해서  컨테이너 레지스트리에 등록한다.

PSP 기능 활성화

이미지까지 준비가 되었으면, 이제 Pod를 생성할 모든 준비가 되었는데, PSP를 사용하려면, 쿠버네티스 클러스터에서 PSP 기능을 활성화 해야 한다.

다음 명령어를 이용해서 PSP를 활성화한다.

%gcloud beta container clusters update {쿠버네티스 클러스터 이름} --enable-pod-security-policy --zone={클러스터가 생성된 구글 클라우드 존}


아래 그림과 같이 PSP 기능이 활성화 되는 것을 확인한다.


Deployment 생성

기능 활성화가 끝났으면, 이제 Pod를 deploy해보자.

아래는 nonroot-deploy.yaml 파일이다.


#nonroot-deploy.yaml

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

 name: nonroot-deploy

spec:

 replicas: 3

 selector:

   matchLabels:

     app: nonroot

 template:

   metadata:

     name: nonroot-pod

     labels:

       app: nonroot

   spec:

     serviceAccountName: nonroot-sa

     securityContext:

       runAsUser: 1001

       fsGroup: 2001

     containers:

     - name: nonroot

       image: gcr.io/terrycho-sandbox/security-context:v1

       imagePullPolicy: Always

       ports:

       - containerPort: 8080


우리가 nonroot-psp를 사용하기 위해서, 이 psp가 정의된 서비스 어카운트 nonroot-sa를 사용하도록 하였다. 그래고 nonroot-psp에 정의한데로, 컨테이너가 root 권한으로 돌지 않도록 securityContext에 사용자 ID를 1001번으로 지정하였다.

%kubectl create -f nonroot-deploy.yaml

을 실행한후,

%kubectl get deploy 명령어를 실행해보면 아래와 같이 3개의 Pod가 생성된것을 확인할 수 있다.


보안 정책에 위배되는 Deployment 생성

이번에는 PSP 위반으로, Pod 가 생성되지 않는 테스트를 해보자.

아래와 같이 root-deploy.yaml 이라는 이름으로, Deployment 스크립트를 작성하자.


#root-deploy.yaml

apiVersion: apps/v1

kind: Deployment

metadata:

 name: root-deploy

spec:

 replicas: 3

 selector:

   matchLabels:

     app: root

 template:

   metadata:

     name: root-pod

     labels:

       app: root

   spec:

     serviceAccountName: nonroot-sa

     containers:

     - name: root

       image: gcr.io/terrycho-sandbox/nonroot-containe:v1

       imagePullPolicy: Always

       ports:

       - containerPort: 8080


이 스크립트는 앞에서 작성한 nonroot-deploy.yaml 과 거의 유사하지만 Security Context에서 사용자 ID를 지정하는 부분이 없기 때문에, 디폴트로 root로 컨테이너가 기동된다. 그래서 PSP에 위반되게된다.


%kubectl create -f root-deploy.yaml

을 실행하면 결과가 아래와 같다.



맨 아래 root-deploy-7895f57f4를 보면, Current 가 0으로 Pod가 하나도 기동되지 않았음을 확인할 수 있다.

원인을 파악하기 위해서 Pod를 만드는 ReplicaSet을 찾아보자

%kubectl get rs

명령을 아래와 같이 ReplicaSet 리스트를 얻을 수 있다.

%kubectl describe rs root-deploy-7895f57f4

명령을 실행해서 ReplicaSet의 디테일과 로그를 확인해보면 다음과 같다.



그림과 같이 Pod 생성이 정책 위반으로 인해서 실패한것을 확인할 수 있다.



쿠버네티스 #18

보안 3/4 - Security Context

조대협 (http://bcho.tistory.com)

보안 컨택스트

보안 컨택스트 (Security context)는 쿠버네티스의 Pod나 컨테이너에 대한 접근 제어 설정(Access Control Setting)이나, 특수 권한 (Privilege)를 설정하는 기능을 제공한다. 단어가 추상적이기 때문에 바로 이해하기 약간 어려울 수 있는데, 몇가지 예를 들어보면, 컨테이너 내에서 동작하는 프로세스의 사용자 ID (UID)나, 그룹 ID (GID)를 설정하거나, 프로세스에 커널에 대한 접근 권한을 부여하는 것과 같은 기능을 수행할 수 있다.


구체적으로 보안 컨택스트가 지원하는 기능은 다음과 같다. 예제와 병행해서 살펴보도록 하자

예제에 사용된 코드는 https://github.com/bwcho75/kube101/tree/master/10.security/4.securityContext 에 있다.

프로세스 사용자 ID와 그룹 ID 지정

Pod나 컨테이너에서 구동되는 프로세스의 사용자 ID와 그룹 ID를 지정한다.

디폴트로 컨테이너에서 구동되는 모든 프로세스는 root 권한으로 실행이 된다. 이 경우 컨테이너 이미지가 오염되어, 악성적인 코드를 가지고 있을 경우에는 root 권한으로 컨테이너의 모든 기능을 장악할 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위해서는 컨테이너 내에서 구동되는 사용자 애플리케이션 프로세스의 사용자 ID와 그룹 ID를 지정하여, 특정 자원 (파일이나 디렉토리)에 대한 액세스만을 허용하게 할 필요가 있다.

또한 프로세스의 사용자 ID와 그룹 ID를 지정하면, 생성되는 파일 역시 지정된 사용자 ID와 그룹 ID 를 통해서 생성된다.


간단한 예제를 하나 보자.  우리가 계속 사용해왔던 server.js 로 node.js 서버를 하나 올리는 예제이다.

이 예제를 변경하여, 사용자 ID를 1000으로, 그리고 그룹 ID를 1000으로 지정해서 Pod를 올려보도록 하자.


몇가지 수정이 필요한데, 먼저 기존에 아래와 같이 사용했던 Dockerfile을

FROM node:carbon

EXPOSE 8080

COPY server.js .

CMD node server.js > log.out


log.out 파일 경로를 /log.out에서 아래와 같이 /home/node/log.out 으로 변경한다.

기존의 예제들의 경우에는 컨테이너와 Pod를 root 권한으로 수행했지만 이 예제에서는 runAs를 이용하여 사용자 ID가 1000인 사용자로 돌리기 때문에, 루트 (“/”) 디렉토리에 파일을 생성하려면 권한 에러가 난다.

사용자 ID 1000은 node:carbon 이미지에서 정의되어 있는 node 라는 사용자로, 디폴트로 /home/node 라는 사용자 디렉토리를 가지고 있기 때문에, 이 디렉토리에 파일을 쓰도록 아래와 같이 변경한다.


FROM node:carbon

EXPOSE 8080

COPY server.js .

CMD node server.js > /home/node/log.out


다음 yaml 파일을 작성한다. (1.runas.yaml)

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: runas

spec:

 securityContext:

   runAsUser: 1000

   fsGroup: 1000

 volumes:

 - name: mydisk

   emptyDir: {}

 containers:

 - name: runas

   image: gcr.io/terrycho-sandbox/security-context:v1

   imagePullPolicy: Always

   volumeMounts:

   - name: mydisk

     mountPath: /mydisk

   ports:

   - containerPort: 8080


위와 같이 securityContext에 runAsUser에 사용자 ID 1000을 그리고 fsGroup에 그룹 ID 1000을 지정하여 Pod를 생성한다. 그리고, mydisk 디스크 볼륨을 생성하여, /mydisk 디렉토리에 마운트 하였다.

생성후 결과를 보자.


생성된 Pod에

%kubectl exec -it runas /bin/bash

명령을 이용하여 로그인 한후 다음 그림과 같이 권한을 체크해본다.




먼저 ps -ef로 생성된 컨테이너들의 사용자 ID를 보면 위와 같이 node (사용자 ID가 1000임)으로 생성되어 있는것을 볼 수 있다.

다음 ls -al /home/node 디렉토리를 보면 컨테이너 생성시 지정한 로그 파일이 생성이 되었고 마찬가지로 사용자 ID와 그룹 ID가 node로 지정된것을 확인할 수 있다.

다음 마운트된 디스크의 디렉토리인 /mydisk 에 myfile이란 파일을 생성해도 파일의 사용자 ID와 그룹 ID가 node로 설정되는것을 확인할 수 있다.


앞의 예제의 경우에는 사용자를 이미지에서 미리 정해진 사용자(node)를 사용하였는데, 만약에 미리 정해진 사용자가 없다면 어떻게 해야 할까?

여러가지 방법이 있겠지만, 도커 이미지를 생성하는 단계에서 사용자를 생성하면 된다. 아래는 사용자를 생성하는 도커 파일 예제이다.


FROM node:carbon

EXPOSE 8080

RUN groupadd -r -g 2001 appuser && useradd -r -u 1001 -g appuser appuser

RUN mkdir /home/appuser && chown appuser /home/appuser

USER appuser

WORKDIR /home/appuser

COPY --chown=appuser:appuser server.js .

CMD node server.js > /home/appuser/log.out


RUN 명령을 이용하여 useradd와 groupadd로 사용자를 생성하고, mkdir로 사용자 홈디렉토리 생성을 한후, 해당 디렉토리의 사용자를 생성한 사용자로 변경한다

그 후에 명령을 실행하기 위해서 명령어를 실행하는 사용자를 변경해야 하는데, USER 명령을 이용하면 사용자를 변경할 수 있다. 이후 부터 생성되는 사용자는 USER에 의해서 지정된 사용자로 실행이 된다.

그 다음은 디렉토리를 WORKDIR을 이용해서 홈디렉토리로 들어가서 COPY와 CMD 명령을 순차로 실행한다.


실행 결과 디렉토리를 확인해보면



와 같이 모든 파일이 앞에서 생성한 appuser 라는 사용자 ID로 생성이 되어 있고, 그룹 역시 appuser로 지정되어 있는 것을 확인할 수 있다.


프로세스를 확인해보면 아래와 같이 앞에서 생성한 appuser라는 사용자로 프로세스가 기동됨을 확인할 수 있다.




SecurityContext for Pod & Container

보안 컨택스트의 적용 범위는 Pod 에 적용해서 Pod 전체 컨테이너에 적용되게 할 수 도 있고, 개발 컨테이너만 적용하게 할 수 도 있다.


아래 예제의 경우에는 컨테이너에 보안 컨택스트를 적용한 예이고,

pods/security/security-context-4.yaml  

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: security-context-demo-4

spec:

 containers:

 - name: sec-ctx-4

   image: gcr.io/google-samples/node-hello:1.0

   securityContext:

     capabilities:

       add: ["NET_ADMIN", "SYS_TIME"]


아래 예제는 Pod 전체의 컨테이너에 적용한 예이다.

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: runas

spec:

 securityContext:

   runAsUser: 1000

   fsGroup: 1000

 volumes:

 - name: mydisk

   emptyDir: {}

 containers:

 - name: runas

   image: gcr.io/terrycho-sandbox/security-context:v1

   imagePullPolicy: Always

   volumeMounts:

   - name: mydisk

         : (중략)


노드 커널에 대한 억세스 권한을 제어

쿠버네티스에서 동작하는 컨테이너는 호스트 OS와 가상적으로 분리된 상태에서 기동된다. 그래서, 호스트 커널에 대한 접근이 제한이 된다. 예를 들어 물리머신에 붙어 있는 디바이스를 접근하거나 또는 네트워크 인터페이스에 대한 모든 권한을 원하거나 호스트 머신의 시스템 타임을 바꾸는 것과 같이 호스트 머신에 대한 직접 억세스가 필요한 경우가 있는데, 컨테이너는 이런 기능에 대한 접근을 막고 있다. 그래서 쿠버네티스는 이런 기능에 대한 접근을 허용하기 위해서 privilege 모드라는 것을 가지고 있다.

도커 컨테이너에 대한 privilege 모드 권한은 https://docs.docker.com/engine/reference/run/#runtime-privilege-and-linux-capabilities 문서를 참고하기 바란다.

NFS 디스크 마운트나 FUSE를 이용한 디스크 마운트나, 로우 레벨 네트워크 모니터링이나 통제가 필요할때 사용할 수 있다.

privilege 모드를 true로 하면 커널의 모든 권한을 사용할 수 있는데,

아래 예제는 https://github.com/kubernetes/examples/blob/master/staging/volumes/nfs/nfs-server-rc.yaml 의 일부로 NFS 볼륨을 마운트 하는 리소스 컨트롤러 설정의 일부이다. NFS로 마운트를 하기 위해서 컨테이너의 privileged: true 로 설정하여 privileged 모드로 컨테이너가 실행하게 한것을 확인할 수 있다.


containers:

- name: nfs-server

 image: k8s.gcr.io/volume-nfs:0.8

 ports:

   - name: nfs

     containerPort: 2049

   - name: mountd

     containerPort: 20048

   - name: rpcbind

     containerPort: 111

 securityContext:

   privileged: true


Privileged 모드가 커널의 모든 기능을 부여한다면, 꼭 필요한 기능만 부여할 수 있게 세밀한 컨트롤이 가능하다. 이를 위해서 Linux capability 라는 기능이 있는데, 이 기능을 이용하면 커널의 기능을 선별적으로 허용할 수 있다. 자세한 설명은 https://linux-audit.com/linux-capabilities-hardening-linux-binaries-by-removing-setuid/ 문서를 참고하기 바란다.


아래 예제는 https://kubernetes.io/docs/tasks/configure-pod-container/security-context/#set-capabilities-for-a-container 중의 일부로, 컨테이너 생성시에, NET_ADMIN과 SYS_TIME 권한 만을 컨테이너에 부여한 내용이다.


pods/security/security-context-4.yaml  

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: security-context-demo-4

spec:

 containers:

 - name: sec-ctx-4

   image: gcr.io/google-samples/node-hello:1.0

   securityContext:

     capabilities:

       add: ["NET_ADMIN", "SYS_TIME"]

기타

Security context는 이 이외에도 다양한 보안 관련 기능과 리소스에 대한 접근 제어가 가능하다.


  • AppAmor
    는 리눅스 커널의 기능중의 하나로 애플리케이션의 리소스에 대한 접근 권한을 프로필안에 정의하여 적용함으로써, 애플리케이션이 시스템에 접근할 수 있는 권한을 명시적으로 정의 및 제한 할 수 있다.
    (https://wiki.ubuntu.com/AppArmor)

  • Seccomp
    Security computing mode 의 약자로, 애플리케이션의 프로세스가 사용할 수 있는 시스템 콜의 종류를 제한할 수 있다. (https://en.wikipedia.org/wiki/Seccomp)

SELinux
보안 리눅스 기능으로 AppAmor와 유사한 기능을 제공하는데, 리소스에 대한 접근 권한을 정책으로 정의해서 제공한다.


쿠버네티스 #17

보안 2/4 - 네트워크 정책

조대협 (http://bcho.tistory.com)

네트워크 정책 (Network Policy)

쿠버네티스의 보안 기능중의 하나가 네트워크 정책을 정의함으로써 Pod로 부터 들어오거나 나가는 트래픽을 통제할 수 있다. Network Policy라는 기능인데, 일종의 Pod용 방화벽정도의 개념으로 이해하면 된다.

특정 IP나 포트로 부터만 트래픽이 들어오게 하거나 반대로, 특정 IP나 포트로만 트래픽을 내보내게할 수 있는 등의 설정이 가능한데, 이 외에도 다음과 같은 방법으로 Pod에 대한 Network Policy를 설정할 수 있다.

Ingress 트래픽 컨트롤 정의

어디서 들어오는 트래픽을 허용할것인지를 정의하는 방법은 여러가지가 있다.

  • ipBlock
    CIDR IP 대역으로, 특정 IP 대역에서만 트래픽이 들어오도록 지정할 수 있다.

  • podSelector
    label을 이용하여, 특정 label을 가지고 있는 Pod들에서 들어오는 트래픽만 받을 수 있다. 예를 들어 DB Pod의 경우에는 apiserver 로 부터 들어오는 트래픽만 받는것과 같은 정책 정의가 가능하다.

  • namespaceSelector
    재미있는 기능중 하나인데, 특정 namespace로 부터 들어오는 트래픽만을 받을 수 있다. 운영 로깅 서버의 경우에는 운영 환경 namespace에서만 들어오는 트래픽을 받거나, 특정 서비스 컴포넌트의 namespace에서의 트래픽만 들어오게 컨트롤이 가능하다. 내부적으로 새로운 서비스 컴포넌트를 오픈했을때, 베타 서비스를 위해서 특정 서비스나 팀에게만 서비스를 오픈하고자 할때 유용하게 사용할 수 있다.

  • Protocol & Port
    받을 수 있는 프로토콜과 허용되는 포트를 정의할 수 있다.

Egress 트래픽 컨트롤 정의

Egress 트래픽 컨트롤은 ipBlock과 Protocol & Port 두가지만을 지원한다.

  • ipBlock
    트래픽이 나갈 수 있는 IP 대역을 정의한다. 지정된 IP 대역으로만 outbound 호출을할 수 있다.

  • Protocol & Port
    트래픽을 내보낼 수 있는 프로토콜과, 포트를 정의한다.

예제

예제를 살펴보자. 아래 네트워크 정책은 app:apiserver 라는 라벨을 가지고 있는 Pod들의 ingress 네트워크 정책을 정의하는 설정파일로, 5000번 포트만을 통해서 트래픽을 받을 수 있으며, role:monitoring이라는 라벨을 가지고 있는 Pod에서 들어오는 트래픽만 허용한다.


kind: NetworkPolicy

apiVersion: networking.k8s.io/v1

metadata:

 name: api-allow-5000

spec:

 podSelector:

   matchLabels:

     app: apiserver

 ingress:

 - ports:

   - port: 5000

   from:

   - podSelector:

       matchLabels:

         role: monitoring




네트워크 정책을 정의하기 위한 전체 스키마는 다음과 같다.

apiVersion: networking.k8s.io/v1

kind: NetworkPolicy

metadata:

 name: test-network-policy

 namespace: default

spec:

 podSelector:

   matchLabels:

     role: db

 policyTypes:

 - Ingress

 - Egress

 ingress:

 - from:

   - ipBlock:

       cidr: 172.17.0.0/16

       except:

       - 172.17.1.0/24

   - namespaceSelector:

       matchLabels:

         project: myproject

   - podSelector:

       matchLabels:

         role: frontend

   ports:

   - protocol: TCP

     port: 6379

 egress:

 - to:

   - ipBlock:

       cidr: 10.0.0.0/24

   ports:

   - protocol: TCP

     port: 5978


자 그럼, 간단하게 네트워크 정책을 정의해서 적용하는 테스트를 해보자

app:shell 이라는 라벨을 가지는 pod와 app:apiserver 라는 라벨을 가지는 pod 를 만든후에, app:shell pod에서 app:apiserver pod로 HTTP 호출을 하는 것을 테스트 한다.

다음 app:apiserver pod에 label이 app:loadbalancer 인 Pod만 호출을 받을 수 있도록 네트워크 정책을 적용한 후에, app:shell pod에서 app:apiserver로 호출이 되지 않는 것을 확인해보도록 하겠다.


테스트 환경은 구글 클라우드 쿠버네티스 엔진 ( GKE : Google cloud Kubernetes engine) 를 사용하였다.

GKE의 경우에는 NetworkPolicy가 Default로 Disable 상태이기 때문에, GKE 클러스터를 만들때 또는 만든 후에, 이 기능을 Enabled 로 활성화 해줘야 한다.

아래는 GKE 클러스터 생성시, 이 기능을 활성화 하는 부분이다.


클러스터 설정이 끝났으면, 이제 테스트에 사용할 Pod 를 준비해보자.

apiserver는 아래와 같이 server.js 의 node.js 파일을 가지고 8080 포트를 통해서 서비스하는 pod가 된다.

var os = require('os');


var http = require('http');

var handleRequest = function(request, response) {

 response.writeHead(200);

 response.end("Hello World! I'm API Server  "+os.hostname() +" \n");


 //log

 console.log("["+

Date(Date.now()).toLocaleString()+

"] "+os.hostname());

}

var www = http.createServer(handleRequest);

www.listen(8080);

이 서버로 컨테이너 이미지를 만들어서 등록한후에, 그 이미지로 아래와 같이 app:apiserver 라벨을 가지는

Pod를 생성해보자.


apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: apiserver

 labels:

   app: apiserver

spec:

 containers:

 - name: apiserver

   image: gcr.io/terrycho-sandbox/apiserver:v1

   ports:

   - containerPort: 8080

마찬가지로, app:shell 라벨을 가진 Pod도 같은  server.js 파일로 생성한다.

app:apiserver와 app:shell 라벨을 가진 pod를 생성하기 위한 코드와 yaml 파일은 https://github.com/bwcho75/kube101/tree/master/10.security/3.%20networkpolicy 를 참고하기 바란다.


두 개의 Pod를 생성하였으면 shell pod 에 kubectl exec -it {shell pod 명} -- /bin/bash를 이용해서 로그인한후에

apiserver의 URL인 10.20.3.4:8080으로 curl 로 요청을 보내보면 아래와 같이 호출되는 것을 확인할 수 있다.



이번에는 네트워크 정책을 정의하여, app:apiserver pod에 대해서 app:secure-shell 라벨을 가진 pod로 부터만 접근이 가능하도록 정책을 정해서 정의해보자


아래는 네트워크 정책을 정의한 accept-secureshell.yaml 파일이다.

kind: NetworkPolicy

apiVersion: networking.k8s.io/v1

metadata:

 name: accept-secureshell

spec:

 policyTypes:

 - Ingress

 podSelector:

   matchLabels:

     app: apiserver

 ingress:

 - from:

   - podSelector:

       matchLabels:

         app: secureshell


이 설덩은 app:apiserver 라벨이 설정된 Pod로의 트래픽은 라벨이 app:secureshell에서 보내는 트래픽만 받도록 설정한 정책이다.

%kubectl create -f accept-secureshell.yaml

명령어를 이용해서 앞에서 만든 정책을 적용한후에, 앞에서와 같이 app:shell → app:apiserver로 curl 호출을 실행하면 다음과 같이 연결이 막히는 것을 확인할 수 있다.



이외에도 다양한 정책으로, 트래픽을 컨트롤할 수 있는데, 이에 대한 레시피는 https://github.com/ahmetb/kubernetes-network-policy-recipes 문서를 참고하면 좋다.


쿠버네티스 #16


보안 1/4 - 사용자 계정 인증 및 권한 인가

조대협 (http://bcho.tistory.com)


이번글 부터는 몇회에 걸쳐 쿠버네티스 계쩡 인증,인가, 네트워크등 보안에 관련된 부분을 알아보도록 하겠다.

모든 시스템이 그렇듯이, 쿠버네티스 역시 보안이 매우 중요하다. 쿠버네티스는 보안에 관련된 여러가지 기능을 제공하는데, 각각에 대해서 살펴 보도록 하자

사용자 인증 및 권한 관리

인증과 인가 (Authentication & Authorization)

먼저 인증과 인가에 대한 개념에 대해서 이해 하자



인증(Authentication)은 사용자가 누구인지를 식별하는 것이다. 흔히 생각하는 사용자 로그인을 생각하면 된다.  인가는 인증된 사용자가 해당 기능을 실행할 수 있는 권한이 있는지를 체크하는 기능이다.

인증 (Authentication)

쿠버네티스는 계정 체계를 관리함에 있어서 사람이 사용하는 사용자 어카운트와, 시스템이 사용하는 서비스 어카운트 두가지 개념을 제공한다.

사용자 어카운트

사용자 어카운트는 우리가 일반적으로 생각하는 사용자 아이디의 개념이다.

쿠버네티스는 자체적으로 사용자 계정을 관리하고 이를 인증(Authenticate)하는 시스템을 가지고 있지 않다. 반드시 별도의 외부 계정 시스템을 사용해야 하며, 계정 시스템 연동을 위해서 OAuth나 Webhook가 같은 계정 연동 방식을 지원한다.

서비스 어카운트

서비스 어카운트가 다소 낮설 수 있는데, 예를 들어 클라이언트가 쿠버네티스 API를 호출하거나, 콘솔이나 기타 클라이언트가 쿠버네티스 API를 접근하고자 할때, 이는 실제 사람인 사용자가 아니라 시스템이 된다. 그래서, 쿠버네티스에서는 이를 일반 사용자와 분리해서 관리하는데 이를 서비스 어카운트 (service account)라고 한다.

서비스 어카운트를 생성하는 방법은 간단하다.

%kubectl create sa {서비스 어카운트명}

을 실행하면 된다. 아래는 foo 라는 이름으로 서비스 어카운트를 생성하는 예이다.



인증 방법

그러면 계정이 있을때, 이 계정을 이용해서 쿠버네티스의 API에 어떻게 접근을 할까? 쿠버네티스는 사용자 인증을 위해서 여러가지 메커니즘을 제공한다.

용도에 따라서 다양한 인증 방식을 제공한다.


  • Basic HTTP Auth

  • Access token via HTTP Header

  • Client cert

  • Custom made


Basic HTTP Auth는 HTTP 요청에 사용자 아이디와 비밀번호를 실어 보내서 인증하는 방식인데, 아이디와 비밀번호가 네트워크를 통해서 매번 전송되기 때문에 그다지 권장하지 않는 방법이다.

Access token via HTTP Header는 일반적인 REST API 인증에 많이 사용되는 방식인데, 사용자 인증 후에, 사용자에 부여된 API TOKEN을 HTTP Header에 실어서 보내는 방식이다.

Client cert는 클라이언트의 식별을 인증서 (Certification)을 이용해서 인증하는 방식이다. 한국으로 보자면 인터넷 뱅킹의 공인 인증서와 같은 방식으로 생각하면 된다. 보안성은 가장 높으나, 인증서 관리에 추가적인 노력이 필요하다.

그러면 쉽지만 유용하게 사용할 수 있는 Bearer token 방식의 인증 방식을 살펴보도록 하자

Bearer token을 사용하는 방법

인증 메커니즘 중에서 상대적으로 가장 간단한 방법은 API 토큰을 HTTP Header에 넣는 Bearer token 인증 방식이 있다.

서비스 어카운트의 경우에는 인증 토큰 정보를 secret에 저장을 한다. 이 토큰 문자열을 가지고, HTTP 헤더에 “Authorization: Bearer {토큰문자열}로 넣고 호출하면 이 토큰을 이용해서 쿠버네티스는 API 호출에 대한 인증을 수행한다.


서비스 어카운트에서 토큰 문자열을 가지고 오는 방법은

%kubectl describe sa {service account 이름}

을 실행하면 아래와 같이 Token 항목에 토큰을 저장하고 있는 secret 이름이 나온다.


위의 그림에서는 foo-token-zvnzz 이다. 이 이름으로 secret을 조회해보면,

%kubectl describe secret {시크릿명}

명령을 실행하면 아래와 같이 token이라는 항목에, 토큰이 문자열로 출력이 된다.



이 토큰을 HTTP Header 에 “Authorization: Bearer {토큰문자열}” 식으로 넣고 호출하면 된다.


간단한 스크립트를 통해서 API를 호출하는 것을 테스트 해보자

% APISERVER=$(kubectl config view | grep server | cut -f 2- -d ":" | tr -d " ")
명령을 수행하면 환경 변수 APISERVER에 현재 쿠버네티스 클러스터의 API SERVER IP가 저장된다.


다음 APISERVER의 주소를 알았으니

% curl $APISERVER/api

명령을 이용해서 HTTP GET의 /api를 호출해보자. 호출을 하면 SSL 인증서에 대한 인증 에러가 발생한다.


이는 API를 호출할때 인증에 필요한 정보를 기재하지 않았기 때문에, 디폴트로 Client cert를 이용한 인증을 시도하게 되고, 인증서를 지정하지 않았기 때문에 에러가 나게 되는것이다.


그러면 인증 정보를 제대로 지정하기 위해서 서비스 어카운트 default의 토큰을 얻어서 호출해보도록 하자.

다음 스크립트는 서비스 어카운트 default의 secret에서 토큰을 추출해서 저장하는 스크립트이다.

%TOKEN=$(kubectl describe secret $(kubectl get secrets | grep default | cut -f1 -d ' ') | grep -E '^token' | cut -f2 -d':' | tr -d '\t')

스크립트를 실행한후 TOKEN의 내용을 찍어 보면 아래와 같이 API TOKEN이 저장된것을 확인할 수 있다.




다음 이 토큰을 이용해서 API를 호출하면 된다.

%curl https://35.189.143.107/api --header "Authorization: Bearer $TOKEN" --insecure




Kubectl proxy를 이용한 API 호출

앞에서는 HTTP Header에 토큰을 직접 입력하는 방식을 사용했지만, 이렇게 사용하는 경우는 드물다. curl을 이용해서 호출할 경우에는 kubectl proxy 명령어를 이용해서 proxy를 설정하고 proxy로 API URL을 호출하면, 자동으로 이 Proxy가 현재 클라이언트의 kubeconfig file에 저장되어 있는 Credential (인증 정보)를 채워서 자동으로 보내준다.


%kubectl proxy --port=8080

을 실행하게 되면, localhost:8080을 프록시로 하여 쿠버네티스 API서버로 요청을 자동으로 포워딩 해준다.


그리고 curl localhost:8080/api 를 호출하면 {쿠버네티스 API Server}/api 를 호출해주게 된다.




SDK를 이용한 호출

일반적으로 간단한 테스트가 아닌 이상, curl 을 이용해서 직접 API를 호출하는 경우는 드물고, SDK를 사용하게 된다.  쿠버네티스에는 Go/Python/Java/Javascript 등 다양한 프로그래밍 언어를 지원하는 SDK가 있다.

https://kubernetes.io/docs/reference/using-api/client-libraries/#officially-supported-kubernetes-client-libraries


이들 SDK 역시, kubectl proxy 처럼, 로컬의 kubeconfig file의 Credential 정보를 이용해서 API를 인증하고 호출 한다.

권한 관리 (Authorization)

계정 체계와 인증에 대한 이해가 끝났으면, 이번에는 계정 권한에 대해서 알아보자. 쿠버네티스의 권한 처리 체계는 기본적으로 역할기반의 권한 인가 체계를 가지고 있다. 이를 RBAC (Role based access control)이라고 한다.


권한 구조를 도식화 해보면 다음과 같이 표현할 수 있다.


  • 사용자의 계정은 개개별 사용자인 user, 그리고 그 사용자들의 그룹은 user group, 마지막으로 시스템의 계정을 정의하는 service account로 정의된다.

  • 권한은 Role이라는 개념으로 정의가 되는데, 이 Role에는 각각의 리소스에 대한 권한이 정의된다. 예를 들어 pod 정보에대한 create/list/delete등을 정의할 수 있다. 이렇게

  • 이렇게 정의된 Role은 계정과 RoleBinding 이라는 정의를 통해서, 계정과 연결이 된다.


예제를 살펴보자, 아래는 Role을 정의한 yaml 파일이다.

pod-reader라는 Role을 정의하였고, pods에 대한 get/watch/list를 실행할 수 있는 권한을 정의하였다.



다음 이 Role을 사용자에게 부여하기 위해서 RoleBinding 설정을 아래와 같이 정의하자.

아래 Role-Binding은 read-pods라는 이름으로 jane이라는 user에서 Role을 연결하였고, 앞에서 정의한 pod-reader를 연결하도록 정의하였다.




이 예제를 그림으로 표현하면 다음과 같다.



Role vs ClusterRole

Role은 적용 범위에 따라 Cluster Role과 일반 Role로 분리 된다.

Role의 경우 특정 네임스페이스내의 리소스에 대한 권한을 정의할 수 있다.

반면 ClusterRole의 경우, Cluster 전체에 걸쳐서 권한을 정의할 수 있다는 차이가 있다.

또한 ClusterRole의 경우에는 여러 네임스페이스에 걸쳐 있는 nodes 와 같은 리소스스나 /heathz와 같이 리소스 타입이 아닌 자원에 대해서도 권한을 정의할 수 있다.

Role과 ClusterRole은 각각 RoleBinding과 ClusterRoleBinding 을 통해서 사용자에게 적용된다.

Predefined Role

쿠버네티스에는 편의를 위해서 미리 정해진 롤이 있다.


Default ClusterRole

Default ClusterRoleBinding

Description

cluster-admin

system:masters group

쿠버네티스 클러스터에 대해서 수퍼사용자 권한을 부여한다.
ClusterRoleBinding을 이용해서 롤을 연결할 경우에는 모든 네임스페이스와 모든 리소스에 대한 권한을 부여한다. RoleBinding을 이용하여 롤을 부여하는 경우에는 해당 네임 스페이스에 있는 리소스에 대한 모든 컨트롤 권한을 부여한다.

admin

None

관리자 권한의 억세스를제공한다. RoleBinding을 이용한 경우에는 해당 네임스페이스에 대한 대부분의 리소스에 대한 억세스를 제공한다.  새로운 롤을 정의하고 RoleBinding을 정의하는 권한을 포함하지만, resource quota에 대한 조정 기능은 가지지 않는다.

edit

None

네임스페이스내의 객체를 읽고 쓰는 기능은 가지지만, role이나 rolebinding을 쓰거나 수정하는 역할은 제외된다.

view

None

해당 네임스페이스내의 객체에 대한 읽기기능을 갔는다. role이나 rolebinding을 조회하는 권한은 가지고 있지 않다.


미리 정해진 롤에 대한 자세한 정보는  https://kubernetes.io/docs/reference/access-authn-authz/rbac/

를 참고하기 바란다.

권한 관리 예제

이해를 돕기 위해서 간단한 예제를 하나 테스트 해보자. 작성하는 예제는 Pod를 하나 생성해서 curl 명령으로 API를 호출하여, 해당 클러스터의 Pod 리스트를 출력하는 예제를 만들어보겠다.

Pod가 생성될때는 default 서비스 어카운트가 할당이 되는데, 이 서비스 어카운트는 클러스터의 정보를 호출할 수 있는 권한을 가지고 있지 않다. 쿠버네티스에 미리 정의된 ClusterRole중에 view 라는 롤은 클러스터의 대부분의 정보를 조회할 수 있는 권한을 가지고 있다.

이 롤을 sa-viewer 라는 서비스 어카운트를 생성한 후에, 이 서비스 어카운트에 ClusterRole view를 할당한후, 이 서비스 어카운트를 만들고자 하는 Pod에 적용하도록 하겠다.


apiVersion: v1

kind: ServiceAccount

metadata:

 name: sa-viewer

---

kind: ClusterRoleBinding

apiVersion: rbac.authorization.k8s.io/v1

metadata:

 name: default-view

subjects:

- kind: ServiceAccount

 name: sa-viewer

 namespace: default

roleRef:

 kind: ClusterRole

 name: view

 apiGroup: rbac.authorization.k8s.io


먼저 위와 같이 sa-viewer 라는 서비스 어카운트를 생성한후, ClusterRoleBiniding 을 이용하여, default-view라는 ClusterRolebinding 을 생성하고, sa-viewer 서비스 어카운트에, view 롤을 할당하였다.


다음 Pod를 생성하는데, 아래와 같이 앞에서 생성한 서비스 어카운트 sa-viewer를 할당한다.

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: pod-reader

spec:

 serviceAccountName: sa-viewer

 containers:

 - name: pod-reader

   image: gcr.io/terrycho-sandbox/pod-reader:v1

   ports:

   - containerPort: 8080


Pod 가 생성된 후에, kubectl exec 명령을 이용하여 해당 컨테이너에 로그인해보자

% kubectl exec -it pod-reader -- /bin/bash


로그인 후에 아래 명령어를 실행해보자


$ CA_CERT=/var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt

$ TOKEN=$(cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token)

$ curl --cacert $CA_CERT -H "Authorization: Bearer $TOKEN" "https://35.200.91.132/api/v1/pods/"


CA_CERT는 API를 HTTPS로 호출하기 위해서 인증서를 저장한 파일의 위치를 지정하는 것이다. Pod의 경우에는 일반적으로 /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/ca.crt  디렉토리에 인증서가 자동으로 설치 된다. 다음은 API TOKEN을 얻기 위해서 TOKEN 값을 가지고 온다. TOKEN은 cat /var/run/secrets/kubernetes.io/serviceaccount/token 에 디폴트로 저장이 된다.

다음 curl 명령으로 https:{API SERVER}/api/v1/pods 를 호출하면 클러스터의 Pod 리스트를 다음 그림과 같이 리턴한다.


\



사용자 관리에 있어서, 계정에 대한 정의와 권한 정의 그리고 권한의 부여는 중요한 기능이기 때문에, 개념을 잘 잡아놓도록하자.


쿠버네티스 #15

모니터링 3/3 구글 스택드라이버를 이용한 모니터링

조대협 (http://bcho.tistory.com)



구글 클라우드 쿠버네티스 스택드라이버 모니터링

쿠버네티스 모니터링 시스템을 구축하는 다른 방법으로는 클라우드 서비스를 사용하는 방법이 있다. 그중에서 구글 클라우드에서 제공하는 스택 드라이버 쿠버네티스 모니터링에 대해서 소개하고자한다.

https://cloud.google.com/monitoring/kubernetes-engine/


현재는 베타 상태로, 구글 클라우드 쿠버네티스 서비스 (GKE)에서만 지원이 되며, 쿠버네티스 버전 1.10.2 와 1.11.0 (또는 그 상위버전)에서만 지원이 되고, 모니터링 뿐 아니라, 쿠버네티스 서비스에 대한 로깅을 스택드라이버 로깅 서비스를 이용해서 함께 제공한다.


스택드라이버 쿠버네티스 모니터링을 설정하는 방법은 간단하다. 쿠버네티스 클러스터를 설정할때, 아래 그림과 같이 Additional features 항목에서 “Try the new Stackdriver beta monitoring and Logging experience” 항목을 체크하면 된다.



클러스터를 생성한 후에, 구글 클라우드 콘솔에서 Monitoring 메뉴를 선택한 후에



스택드라이버 메뉴에서 Resources 메뉴에서 아래 그림과 같이 Kubernetes 메뉴를 선택하면 쿠버네티스 모니터링 내용을 볼 수 있다.



모니터링 구조

스택드라이버 쿠버네티스 모니터링의 가장 큰 장점 중의 하나는 단순한 단일 뷰를 통해서 대부분의 리소스 모니터링 과 이벤트에 대한 모니터링이 가능하다는 것이다.

아래 그림이 스택드라이버 모니터링 화면인데, “2”라고 표시된 부분이 시간에 따른 이벤트이다. 장애등이 발생하였을 경우 아래 그림과 같이 붉은 색으로 표현되고, 3 부분을 보면, 여러가지 뷰 (계층 구조)로 각 자원들을 모니터링할 수 있다. 장애가 난 부분이 붉은 색으로 표시되는 것을 확인할 수 있다.



<출처 : https://cloud.google.com/monitoring/kubernetes-engine/observing >


Timeline에 Incident가 붉은 색으로 표시된 경우 상세 정보를 볼 수 있는데, Timeline에서 붉은 색으로 표시된 부분을 누르면 아래 그림과 같이 디테일 이벤트 카드가 나온다. 이 카드를 통해서 메모리,CPU 등 이벤트에 대한 상세 내용을 확인할 수 있다.



<출처 : https://cloud.google.com/monitoring/kubernetes-engine/observing >


반대로 정상적인 경우에는 아래 그림과 같이 이벤트 부분에 아무것도 나타나지 않고, 모든 자원이 녹색 동그라미로 표시되어 있는 것을 확인할 수 있다.


개념 구조

쿠버네티스 모니터링중에 어려운 점중의 하나는 어떤 계층 구조로 자원을 모니터링 하는가 인데, 이런점을 해결하기 위해서 구글 스택드라이버 쿠버네티스 모니터링은 3가지 계층 구조에 따른 모니터링을 지원한다. 모니터링 화면을 보면 아래와 같이 Infrastructure, Workloads, Services 와 같이 세가지 탭이 나오는 것을 볼 수 있다.



어떤 관점에서 클러스터링을 모니터링할것인가인데,

  • Infrastructure : 하드웨어 자원 즉, node를 기준으로 하는 뷰로,  Cluster > Node > Pod > Container 의 계층 구조로 모니터링을 제공한다.

  • Workloads : 워크로드, 즉 Deployment를 중심으로 하는 뷰로 Cluster > Namespace > Workload (Deployment) > Pod > Container 순서의 계층 구조로 모니터링을 제공한다.

  • Services : 애플리케이션 즉 Service 를 중심으로 하는 뷰로 Cluster > Namespace > Service > Pod > Container 계층 순서로 뷰를 제공한다.

Alert 에 대한 상세 정보

각 계층 뷰에서 리소스가 문제가 있을 경우에는 앞의 동그라미가 붉은색으로 표시가 되는데,  해당 버튼을 누르게 되면, Alert 에 대한 상세 정보 카드가 떠서, 아래 그림과 같이 이벤트에 대한 상세 정보를 확인할 수 있다.


<출처 : https://cloud.google.com/monitoring/kubernetes-engine/observing >

결론

지금까지 간단하게 쿠버네티스에 대한 모니터링과 로깅에 대해서 알아보았다. 프로메테우스나 그라파나와 같은 최신 기술을 써서 멋진 대쉬 보드를 만드는 것도 중요하지만 모니터링과 로깅은 시스템을 안정적으로 운영하고 장애전에 그 전조를 파악해서 대응하고, 장애 발생시에는 해결과 향후 예방을 위한 분석 및 개선 활동이 일어나야 한다. 이를 위해서 모니터링과 로깅은 어디까지나 도구일 뿐이고, 어떤 지표를 모니터링 할것인지 (SLI : Service Level Indicator), 지표의 어느값까지를 시스템 운영의 목표로 삼을 것인지 (SLO : Service Level Object)를 정하는 프렉틱스 관점이 더 중요하다.  이를 구글에서는 SRE (Site Reliability Engineering)이라고 하는데, 이에 대한 자세한 내용은 https://landing.google.com/sre/book.html 를 참고하기 바란다.

이런 프렉틱스를 구축하는데 목적을 두고, 모니터링을 위한 툴링등은 직접 구축하는 것보다는 클라우드에서 제공하는 스택 드라이버와 같은 솔루션이나 데이타독(Datadog)와 같은 전문화된 모니터링 툴로 구축을 해서 시간을 줄이고, 프렉틱스 자체에 시간과 인력을 더 투자하는 것을 권장한다.




쿠버네티스 #14

모니터링 2/3 Prometheus를 이용한 모니터링


조대협 (http://bcho.tistory.com)

프로메테우스

그동안 주요 모니터링 솔루션으로 사용되던 힙스터는 1.13 버전 이후로 deprecated 될 예정이고, 그 이후를 맏을 모니터링 솔루션으로 가장 많이 언급되는 모니터링 솔루션은 프로메테우스 (Prometheus)이다.


프로메테우스는 SoundCloud (http://soundcloud.com/)에서 개발된 모니터링 툴로, 2016년에 CNCF  (Cloud Native Computing Foundation)에 오픈소스 프로젝트로 기부되었다. 지표 수집을 통한 모니터링을 주요 기능으로 하고 있다.


쿠버네티스 모니터링뿐만 아니라 애플리케이션이나 서버, OS 등 다양한 대상으로 부터 지표를 수집하여 모니터링할 수 있는 범용 솔루션으로, 아래와 같은 구조를 가지고 있다.



<그림. 프로메테우스 모니터링 아키텍처>

데이타 수집 부분

기본적으로, 프로메테우스는 데이타 수집을 PULLING 모델을 사용한다. 모니터링 대상이 되는 자원이 지표 정보를 프로메테우스로 보내는 것이 아니라, 프로메테우스가 주기적으로 모니터링 대상에서 지표를 읽어 오는 모델을 사용한다.


모니터링 대상이 프로메테우스의 데이타 포맷을 지원할 경우 바로 읽어올 수 있고, 만약에 지원하지 않는다면 별도의 에이전트를 설치해서 지표를 읽어올 수 있는데, 이를 exporter라고 한다. exporter는 mysql,nginx,redis와 같은 패키지는 미리 개발된 export가 있어서 다양한 서비스의 지표까지 쉽게 읽어올 수 있다.

이런 패키지 애플리케이션이 아니라, java 나 node.js와 같은 사용자 애플리케이션의 경우에는 Exporter를 사용하는 방법 말고도, 프로메테우스 클라이언트 라이브러리를 사용하게 되면, 바로 지표를 프로메테우스 서버로 보낼 수 있다.

마지막으로, Push gateway를 사용하는 방법이 있는데, 배치나 스케쥴 작업 같은 서비스의 경우에는 항상 서비스가 떠 있는 것이 아니라, 필요한 경우에만 떠 있다가 작업이 끝나면 사라지는 경우가 있다. 그래서, 이런 서비스를 Pulling으로 지표를 얻어오기가 어려울 수 있는데, 이를 보완하기 위해서, 이런 서비스들이 Push 방식으로 Push gateway에 지표를 쏴주면, Push gateway가 지표를 보관하고 있다가 프로메테우스 서버가 Pulling 을 하면, 저장된 지표 정보를 리턴하도록 한다.

서비스 디스커버리

그러면 프로메테우스는 모니터링 대상을 어떻게 알 수 있을까? 당연히 모니터링 대상 목록을 유지하고 있고, 대상에 대한 IP나 기타 접속 정보를 설정 파일에 주면, 그 정보를 기반으로 프로메테우스 서버가 모니터링 정보를 읽어온다.

그러나 오토스케일링을 많이 사용하는 클라우드 환경이나 쿠버네티스와 같은 컨테이너 환경에서는 모니터링 대상의 IP가 동적으로 변경되는 경우가 많기 때문에 이를 일일이 설정파일에 넣는데 한계가 있다. 이러한 문제를 해결 하기 위해서 프로메테우스는 서비스 디스커버리 를 사용하는데, 모니터링 대상이 등록되어 있는 저장소에서 목록을 받아서 그 대상을 모니터링 하는 형태이다.


프로메테우스는 DNS나 Consul, etcd와 같은 다양한 서비스 디스커버리 서비스와 연동을 통해서 자동으로 모니터링 대상의 목록을 가지고 올 수 있다.

저장 및 시각화

이렇게 수집된 지표 정보들은 프로메테우스 내부의 시계열 데이타베이스에 저장이 되고, 프로메테우스 웹 콘솔을 이용하여 시각화 되거나 또는 API를 외부에 제공해서 Grafana와 같은 시각화 툴을 통해서 지표를 시작화 해서 볼 수 있다.

알림 서비스

부가 기능중의 하나로, alerting 컴포넌트는, 지표에 대한 규칙을 걸어놓고 그 규칙을 위반할 경우에는 알림을 보낼 수 있는 기능을 가지고 있다. 알림을 보내는 대상은 이메일이나 pagerduty와 같은 notification 서비스 등과 연동이 가능하다.

쿠버네티스 연동 아키텍처

그러면, 쿠버네티스와 프로메테우스는 어떻게 연동이 될까? 여기서 오해하지 말아야 하는 점은 Heapster,cAdvisor 스택과 같이 딱 정해진 아키텍쳐는 없다는 것이다. 프로메테우스는 범용 모니터링 솔루션으로 프로메테우스 서버가 지표정보를 읽어올 수 만 있다면 거의 모든 정보를 읽어올 수 있는 구조이기 때문에, 쿠버네티스 연동에 있어서도 자유도가 매우 높다


단 레퍼런스 할 수 있는 구성은 있는데, 다음과 같은 구조를 갖는다.


먼저 프로메테우스 서버가 모니터링할 리소스를 찾기 위해서 서비스 디스커버리 (Service discovery) 메카니즘이 필요한데, 이를 위해서 쿠버네티스 API를 호출해서, 자원들의 목록 (Pod,Node, Service,Ingress,Endpoint 등)의 목록을 라벨 셀렉터(label selector)를 이용하여 수집한다.

다음 수집된 모니터링 대상에 대해서 모니터링을 수행하는데, 쿠버네티스는 apiServer에서 /metric 이라는 URL을 통해서 기본적인 지표 정보를 리턴하기 때문에, 쿠버네티스 자원들에 대한 모니터링은 이 API를 통해서 수집하게 된다.


아랫단에 하드웨어 즉 node에 대한 정보는 API를 통해서 수집하기가 어렵기 때문에, node에 node exporter를 설치해서 하드웨어와 OS에 대한 정보를 수집한다. 컨테이너에 대한 정보는 node별로 배포되어 있는 cAdvisor가 이를 수집하여 프로메테우스에 제공한다.


컨테이너내에서 기동되는 애플리케이션에 대한 정보는 필요한 경우, 클라이언트 SDK나, 솔루션에 맞는 exporter를 이용해서 수집한다.

쿠버네티스 연동하기

그러면 실제로 프로메테우스를 설치해서 쿠버네티스 클러스터를 모니터링 해보자. 앞의 아키텍쳐에서 봤지만, alert server, exporter, prometheus server 등 설치해야 하는 서버들이 많아서, 일일이 설치하는 것이 쉽지 않다. 여러가지 설치 방법이 있지만 여기서는 쿠버네티스의 패키지 매니저인 Helm 을 이용해서 프로메테우스를 설치하도록 한다. Helm 은  Linux의 RPM이나, Node.js의 npm같이 소프트웨어 스택을 명령으로 손쉽게 설치할 수 있도록 해주는 패키지 매니져의 개념으로 쿠버네티스 버전의 npm 툴이라고 이해하면 된다.


참고로 여기서 설치는 로컬 PC의 minikube 환경을 이용해서 설치하였다. 클라우드 환경에서 제공되는 쿠버네티스 클러스터의 경우에는 다소 차이가 있을 수 있으니, 각 벤더에서 제공되는 가이드를 참고하기 바란다. 아울러 아래 설치 내용은 운영 환경에서 적용하기는 어렵고, 운영환경 적용을 위해서는 적절한 디스크 타입과 Pod의 사이즈등을 다시 클러스터 환경에 맞도록 설정해야하고 어디까지나, 테스트 용임을 인지하기 바란다.

Helm 인스톨

Helm은 클라이언트와 서버 두개의 모듈로 나뉘어 진다.

인스톨은 어렵지 않은데, 클라이언트 OS에 따라 약간씩 차이가 있다. 자세한 인스톨 방법은 https://docs.helm.sh/using_helm/ 문서를 참고하면 된다.

클라이언트 인스톨

맥에서 클라이언트 인스톨은 brew를 이용하면 쉽게할 수 있다.

%brew install kubernetes-helm

명령을 이용하면 Helm 클라이언트가 로컬 PC에 설치된다.

서버 인스톨

Helm 서버를 Tiller라고 하는데, Tiler 서버의 인스톨은 어렵지 않으나, 클라우드 벤더나 설치 환경에 따라서 약간씩의 차이가 있다.


Minikube  환경에서 인스톨

Minikube 환경에서 인스톨은 Helm 클라이언트를 인스톨 한 후에, 아래와 같이

%helm init

명령어를 실행하면 쿠버네티스 클러스터에 Tiller 서버가 자동으로 설치된다.


구글 클라우드 쿠버네티스 엔진 (GKE) 환경에서 인스톨

GKE 환경은 약간 설치 방법이 다른데, 보안적인 이슈로 인해서 계정에 대한 권한 컨트롤을 상대적으로 까다롭게 하기 때문이다.

(참고 : https://cloud.google.com/solutions/continuous-integration-helm-concourse )


아래 명령을 이용하면 kube-system 네임 스페이스에 tiller라는 이름으로 서비스 어카운트를 생성할 수 있다.

% kubectl create clusterrolebinding user-admin-binding --clusterrole=cluster-admin --user=$(gcloud config get-value account)

% kubectl create serviceaccount tiller --namespace kube-system

% kubectl create clusterrolebinding tiller-admin-binding --clusterrole=cluster-admin --serviceaccount=kube-system:tiller


다음 Tiller를 생성할때, --service-account=tiller 옵션을 줘서 tiller 가 실행될때, 해당 서비스 어카운트의 권한을 가지고 실행되도록 한다.


헬름 서버 (Tieller) 인스톨

./helm init --service-account=tiller
./helm update


이렇게 설치 하지 않으면 Tiller 자체는 설치가 될 수 있지만, Tiller에 의해서 인스톨 되는 패키지들이 권한 오류로 인해서 제대로 설치되지 않을 수 있다

Helm Chart를 이용한 Prometheus 설치

Helm이 준비되었으면 프로메테우스 를 설치해보자


% git clone https://github.com/kubernetes/charts

명령을 이용하여 Helm chart를 다운 받는다. Helm chart는 npm 파일과 같이 인스톨 스크립트를 모아놓은 것으로 생각하면 된다. 프로메테우스외에도 다양한 설치 스크립트가 있다.


$ cd charts/stable/prometheus

를 이용해서 프로메테우스 디렉토리로 들어간 후에, 아래 명령을 이용하면 prometheus 네임스페이스에 프로메테우스가 설치된다.


$ helm install -f values.yaml stable/prometheus --name prometheus --namespace prometheus


설치가 끝났으면 이제 프로메테우스가 제대로 작동해서 지표를 수집하고 있는지 확인하자. 프로메테우스 서버는 디폴트로 9090 포트를 통해서 웹 인터페이스를 제공한다. 프로메테우스 서버를 외부 서비스로 expose 하지 않았기 때문에 포트 포워딩을 이용해서 프로메테우스 서버의 9090 포트를 포워딩 해보자


%kubectl get pod -n prometheus

명령을 이용해서 prometheus 네임스페이스에 있는 pod 목록을 다음과 같이 가지고 온다.



prometheus의 pod 명이 “prometheus-server-5695758946-gdxjx” 인것을 알았으면,localhost:9090을 이 pod의 9090포트로 포워딩하도록 설정한다.

%kubectl port-forward -n prometheus prometheus-server-5695758946-gdxjx 9090


포트 포워딩이 설정되었으면 localhost:9090으로 접속하여 프로메테우스의 웹 콘솔을 접속해보자

처음에는 아무것도 나오지 않을텐데, metric을 PQL (프로메테우스 쿼리)를 이용해서 선택하면 아래와 같이 해당 지표에 대한 값이 나오는것을 볼 수 있다. 아래는 node의 disk_io 정보를 살펴보는 쿼리이다.



이 메뉴에서 지표를 모니터링 하거나 또는 모니터링된 지표를 Graph 탭을 눌러서 그래프로 시각화 할 수 있다. 메뉴를 조금더 둘러보면 상단의 Status 메뉴에서 Service Discovery 메뉴를 눌러보면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.


모니터링해야 하는 자원들의 목록으로 node, node-cadvisor, pods, services 등에 대한 정보를 모니터링할 수 있는 것을 확인할 수 있다.


Target 메뉴를 클릭하면 다음과 같은 정보가 나오는데,


어디로 부터 지표들을 수집해오는지 URL등을 확인할 수 있다. apiserver의 URL, node metric 정보 수집 URL node cAdvisor 수집 URL등을 확인할 수 있다.

Helm Chart를 이용한 Grafana 설치

프로메테우스를 설치했으면 이를 시각화 하기 위해서 Grafana를 설치해서 연동해보도록 하자.

Helm chart 디렉토리에서 stable/grafana 디렉토리에 values.yaml 파일이 있는데, 이 부분에서 adminPassword 부분을 찾아서 admin 사용자의 비밀 번호를 세팅하도록 하자.


adminUser: admin

adminPassword: mypassword


다음 Helm chart를 이용해서 Grafana를 설치한다.

stable/grafana 디렉토리에서 앞에서 수정한 values.yaml 파일을 이용한다.

%helm install -f values.yaml stable/grafana --name grafana --namespace grafana


설치가 종료되었으면 Grafana 콘솔에 접속해보자.

%kubectl get pod -n grafana 명령을 이용해서 grafana 서버의 pod 명을 알아낸다.


Grafana 서버는 외부 서비스로 Expose 되지 않았기 때문에, 포트 포워딩을 이용해서 해당 서버에 접속하도록 한다. Grafana는 3000번 포트로 웹 접속을 허용한다.


% kubectl port-forward -n grafana grafana-679cdd7676-zhwnf 3000

명령을 이용하면 localhost:3000을 Grafana 웹 서버로 포워딩 해준다.

localhost:3000에 접속해보면 다음과 같은 로그인 창이 나온다.


로그인창에서, 사용자명을 admin으로 입력하고, 비밀번호는 앞의 설정에서 입력한 비밀번호를 설정한다.

다음으로 프로메테우스 서버를 데이타 소스로 설정해야 하는데, grafana 메뉴에서 Configuration > Data source 메뉴를 선택한다.



Data source를 추가하기 위해서는 프로메테우스 서버의 URL 을 알아야 하는데, 프로메테우스 서버는 내부 IP를 가지고 있는 서비스로 Expose 되어 있다. 서비스명을 알기