블로그 이미지
평범하게 살고 싶은 월급쟁이 기술적인 토론 환영합니다.같이 이야기 하고 싶으시면 부담 말고 연락주세요:이메일-bwcho75골뱅이지메일 닷컴. 조대협


Archive»


 
 

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 #9

Health Check


조대협 (http://bcho.tistory.com)


쿠버네티스는 각 컨테이너의 상태를 주기적으로 체크해서, 문제가 있는 컨테이너를 자동으로 재시작하거나 또는 문제가 있는 컨테이너(Pod를) 서비스에서 제외할 수 있다. 이러한 기능을 헬쓰 체크라고 하는데, 크게 두가지 방법이 있다.

컨테이너가 살아 있는지 아닌지를 체크하는 방법이 Liveness probe 그리고 컨테이너가 서비스가 가능한 상태인지를 체크하는 방법을 Readiness probe 라고 한다.


Probe types

Liveness probe와 readiness probe는 컨테이너가 정상적인지 아닌지를 체크하는 방법으로 다음과 같이 3가지 방식을 제공한다.

  • Command probe

  • HTTP probe

  • TCP probe


그럼 각각에 대해서 살펴보자

Command probe

Command probe는 컨테이너의 상태 체크를 쉘 명령을 수행하고 나서, 그 결과를 가지고 컨테이너의 정상여부를 체크한다. 쉘 명령어를 수행한 후, 결과값이 0 이면 성공, 0이 아니면 실패로 간주한다.

아래는 command probe 를 사용한 예이다.

apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: liveness-pod

spec:

 containers:

 - name: liveness

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

   imagePullPolicy: Always

   ports:

   - containerPort: 8080

   livenessProbe:

     exec:

       command:

       - cat

       - /tmp/healthy


Readiness probe 또는 liveness probe 부분에 exec: 으로 정의하고, command: 아래에 실행하고자 하는 쉘 명령어에 대한 인자를 기술한다.

이 쉘명령이 성공적으로 실행되서 0을 리턴하면, probe를 정상으로 판단한다.


HTTP probe

가장 많이 사용하는 probe 방식으로 HTTP GET을 이용하여, 컨테이너의 상태를 체크한다.

지정된 URL로 HTTP GET 요청을 보내서 리턴되는 HTTP 응답 코드가 200~300 사이면 probe를 정상으로 판단하고, 그 이외의 값일 경우에는 비정상으로 판단한다.

아래는 HTTP probe를 이용한 readiness probe를 정의한 예제이다.


metadata:

 name: readiness-rc

spec:

 replicas: 2

 selector:

   app: readiness

 template:

   metadata:

     name: readiness-pod

     labels:

       app: readiness

   spec:

     containers:

     - name: readiness

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

       imagePullPolicy: Always

       ports:

       - containerPort: 8080

       readinessProbe:

         httpGet:

           path: /readiness

           port: 8080


liveness 또는 readinessProbe  항목 아래에 httpGet이라는 이름으로 정의하고, path에  HTTP GET을 보낼 URL을 그리고, port에는 HTTP GET을 보낼 port 를 지정한다.

일반적인 HTTP 서비스를 보내는 port와 HTTP readiness를 서비스 하는 포트를 분리할 수 있는데, HTTP GET 포트가 외부에 노출될 경우에는 DDos 공격등을 받을 수 있는 가능성이 있기 때문에, 필요하다면 서비스 포트와 probe 포트를 분리해서 구성할 수 있다.

TCP probe

마지막으로 TCP probe는 지정된 포트에 TCP 연결을 시도하여, 연결이 성공하면, 컨테이너가 정상인것으로 판단한다. 다음은 tcp probe를 적용한 liveness probe의 예제이다.


apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: liveness-pod-tcp

spec:

 containers:

 - name: liveness

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

   imagePullPolicy: Always

   ports:

   - containerPort: 8080

   livenessProbe:

     tcpSocket:

       port: 8080

     initialDelaySeconds: 5

     periodSeconds: 5


Tcp probe는 간단하게, livenessProbe나 readinessProbe 아래 tcpSocket이라는 항목으로 정의하고 그 아래 port 항목에 tcp port를 지정하면 된다. 이 포트로 TCP 연결을 시도하고, 이 연결이 성공하면 컨테이너가 정상인것으로 실패하면 비정상으로 판단한다.


그러면 실제로 Liveness Probe와 Readiness Probe를 예제를 통해서 조금 더 상세하게 살펴보도록 하자.

Liveness Probe

Liveness probe는 컨테이너의 상태를 주기적으로 체크해서, 응답이 없으면 컨테이너를 자동으로 재시작해준다. 컨테이너가 정상적으로 기동중인지를 체크하는 기능이다.


Liveness probe는 Pod의 상태를 체크하다가, Pod의 상태가 비정상인 경우 kubelet을 통해서 재 시작한다.



이해를 돕기 위해서 예제를 하나 살펴보자.

node.js 애플리케이션을 기동하는 컨테이너를 만들어서 배포 하도록 한다. node.js는 앞에서 사용한 애플리케이션과 동일한 server.js  애플리케이션을 사용한다.

헬쓰 체크를 하는 방법은 여러가지가 있지만, 컨터이너에서 “cat /tmp/healthy” 명령어를 실행해서 성공하면 컨테이너를 정상으로 판단하고 실패하면 비정상으로 판단하도록 하겠다.

이를 위해서 컨테이너 생성시에 /tmp/ 디렉토리에 healthy 파일을 복사해 놓도록 한다.

heatlhy 파일의 내용은 아래와 같다.

i'm healthy


파일만 존재하면 되기 때문에 내용은 크게 중요하지 않다.

다음 Dockerfile을 다음과 같이 작성하자

FROM node:carbon

EXPOSE 8080

COPY server.js .

COPY healthy /tmp/

CMD node server.js > log.out


앞서 작성한 healthy 파일을 /tmp 디렉토리에 복사하였다.


이제 pod를 정의해보자 다음은 liveness-pod.yaml 파일이다.

여기에 cat /tmp/healthy 명령을 이용하여 컨테이너의 상태를 체크하도록 하였다.


apiVersion: v1

kind: Pod

metadata:

 name: liveness-pod

spec:

 containers:

 - name: liveness

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

   imagePullPolicy: Always

   ports:

   - containerPort: 8080

   livenessProbe:

     exec:

       command:

       - cat

       - /tmp/healthy

     initialDelaySeconds: 5

     periodSeconds: 5



컨테이너가 기동 된후 initialDelaySecond에 설정된 값 만큼 대기를 했다가 periodSecond 에 정해진 주기 단위로 컨테이너의 헬스 체크를 한다. initialDelaySecond를 주는 이유는, 컨테이너가 기동 되면서 애플리케이션이 기동될텐데, 설정 정보나 각종 초기화 작업이 필요하기 때문에, 컨테이너가 기동되자 마자 헬스 체크를 하게 되면, 서비스할 준비가 되지 않았기 때문에 헬스 체크에 실패할 수 있기 때문에, 준비 기간을 주는 것이다. 준비 시간이 끝나면, periodSecond에 정의된 주기에 따라 헬스 체크를 진행하게 된다.


헬스 체크 방식은 여러가지가 있는데, HTTP 를 이용하는 방식 TCP를 이용하는 방식 쉘 명령어를 이용하는 방식 3가지가 있다. 이 예제에서는 쉘 명령을 이용하는 방식을 사용하였다.

“cat /tmp/healty” 라는 명령을 사용하였고, 이 명령 실행이 성공하면 이 컨테이너를 정상이라고 판단하고, 만약 이 명령이 실패하면 컨테이너가 비정상이라고 판단한다.


앞서 작성한 Dockerfile을 이용해서 컨테이너를 생성한 후, 이 컨테이너를 리파지토리에 등록하자.

다음 앞에서 작성한 liveness-prod.yaml 파일을 이용하여 Pod를 생성해보자.




다음, 테스트를 위해서 /tmp/healthy 파일을 인위적으로 삭제해보자



파일을 삭제하면 위의 그림과 같이 cat /tmp/healthy 는 exit code 1 을 내면서 에러로 종료된다.

수초 후에, 해당 컨테이너가 재 시작되는데, kubectl get pod 명령을 이용하여 pod의 상태를 확인해보면 다음과 같다.


liveness-pod는 정상적으로 실행되고는 있지만, RESTARTS 항목을 보면 한번 리스타트가 된것을 볼 수 있다.

상세 정보를 보기 위해서 kubectl describe pod liveness-pod 명령을 실행해보면 다음과 같다.


위의 그림과 같이 중간에, “Killing container with id docker://liveness:Container failed liveness probe.. Container will be killed and recreated.” 메세지가 나오면서 liveness probe 체크가 실패하고, 컨테이너를 재 시작하는 것을 확인할 수 있다.

Readiness probe

컨테이너의 상태 체크중에 liveness의 경우에는 컨테이너가 비정상적으로 작동이 불가능한 경우도 있지만, Configuration을 로딩하거나, 많은 데이타를 로딩하거나, 외부 서비스를 호출하는 경우에는 일시적으로 서비스가 불가능한 상태가 될 수 있다. 이런 경우에는 컨테이너를 재시작한다 하더라도 정상적으로 서비스가 불가능할 수 있다. 이런 경우에는 컨테이너를 일시적으로 서비스가 불가능한 상태로 마킹해주면 되는데, 이러한 기능은 쿠버네티스의 서비스와 함께 사용하면 유용하게 이용할 수 있다.


예를 들어 쿠버네티스 서비스에서 아래와 같이 3개의 Pod를 로드밸런싱으로 서비스를 하고 있을때, Readiness probe 를 이용해서 서비스 가능 여부를 주기적으로 체크한다고 하자. 이 경우 하나의 Pod가 서비스가 불가능한 상태가 되었을때, 즉 Readiness Probe에 대해서 응답이 없거나 실패 응답을 보냈을때는 해당 Pod를 사용 불가능한 상태로 체크하고 서비스 목록에서 제외한다.



Liveness probe와 차이점은 Liveness probe는 컨테이너의 상태가 비정상이라고 판단하면, 해당 Pod를 재시작하는데 반해, Readiness probe는 컨테이너가 비정상일 경우에는 해당 Pod를 사용할 수 없음으로 표시하고, 서비스등에서 제외한다.


간단한 예제를 보자. 아래 server.js 코드는 /readiness 를 호출하면 파일 시스템내에  /tmp/healthy라는 파일이 있으면 HTTP 응답코드 200 정상을 리턴하고, 파일이 없으면 HTTP 응답코드 500 비정상을 리턴하는 코드이다.


server.js 파일

var os = require('os');

var fs = require('fs');


var http = require('http');

var handleRequest = function(request, response) {

 if(request.url == '/readiness') {

   if(fs.existsSync('/tmp/healthy')){

     // healthy

     response.writeHead(200);

     response.end("Im ready I'm  "+os.hostname() +" \n");

   }else{

     response.writeHead(500);

     response.end("Im not ready I'm  "+os.hostname() +" \n");

   }

 }else{

   response.writeHead(200);

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

 }


 //log

 console.log("["+

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

"] "+os.hostname());

}

var www = http.createServer(handleRequest);

www.listen(8080);


다음은 replication controller를 다음과 같이 정의한다.


readiness-rc.yaml 파일

apiVersion: v1

kind: ReplicationController

metadata:

 name: readiness-rc

spec:

 replicas: 2

 selector:

   app: readiness

 template:

   metadata:

     name: readiness-pod

     labels:

       app: readiness

   spec:

     containers:

     - name: readiness

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

       imagePullPolicy: Always

       ports:

       - containerPort: 8080

       readinessProbe:

         httpGet:

           path: /readiness

           port: 8080

         initialDelaySeconds: 5

         periodSeconds: 5


앞의 Liveness probe와 다르게,  이번에는 Command probe가 아니라 HTTP 로 체크를 하는 HTTP Probe를 적용해보자 HTTP Probe는 , HTTP GET으로 /readiness URL로 5초마다 호출을 해서 HTTP 응답 200을 받으면 해당 컨테이너를 정상으로 판단하고 200~300 범위를 벗어난 응답 코드를 받으면 비정상으로 판단하여, 서비스 불가능한 상태로 인식해서 쿠버네티스 서비스에서 제외한다.


Replication Controller 로 의해서 Pod들을 생성하였으면 이에 대한 로드 밸런서 역할을할 서비스를 배포한다.


readiness-svc.yaml 파일

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: readiness-svc

spec:

 selector:

   app: readiness

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

 type: LoadBalancer


서비스가 기동되고 Pod들이 정상적으로 기동된 상태에서 kubectl get pod 명령을 이용해서 현재 Pod 리스트를 출력해보면 다음과 같다.


2개의 Pod가 기동중인것을 확인할 수 있다.


서비스가 기동중인 상태에서 인위적으로 하나의 컨테이너를 서비스 불가 상태로 만들어보자.

앞에서만든 server.js가, 컨테이너 내의 /tmp/healthy 파일의 존재 여부를 체크하기 때문에,  /tmp/healthy 파일을 삭제하면 된다.

아래와 같이

%kubectl exec  -it readiness-rc-5v64f -- rm /tmp/healthy

명령을 이용해서 readiness-rc-5v64f pod의 /tmp/healthy 파일을 삭제해보자

다음 kubectl describe pod readiness-rc-5v64f 명령을 이용해서 해당 Pod의 상태를 확인할 수 있는데, 아래 그림과 같이 HTTP probe가 500 상태 코드를 리턴받고 Readniess probe가 실패한것을 확인할 수 있다.


이 상태에서 kubectl get pod로 pod 목록을 확인해보면 다음과 같다.




Readiness probe가 실패한 readiness-rc-5v64f 의 상태가 Running이기는 하지만 Ready 상태가 0/1인것으로 해당 컨테이너가 준비 상태가 아님을 확인할 수 있다.

이 Pod들에 연결된 서비스를 여러번 호출해보면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.



모든 호출이 readiness-rc-5v64f 로 가지않고, 하나 남은 정상적인 Pod인 readiness-rc-89d89 로만 가는 것을 확인할 수 있다.  


다음글에서는 Deployment에 대해서 알아보도록 하겠다.




쿠버네티스 #8

Ingress


조대협 (http://bcho.tistory.com)



쿠버네티스의 서비스는, L4 레이어로 TCP 단에서 Pod들을 밸런싱한다.

서비스의 경우에는 TLS (SSL)이나, VirtualHost와 같이 여러 호스트명을 사용하거나 호스트명에 대한 라우팅이 불가능하고, URL Path에 따른 서비스간 라우팅이 불가능하다.

또한 마이크로 서비스 아키텍쳐 (MSA)의 경우에는 쿠버네티스의 서비스 하나가 MSA의 서비스로 표현되는 경우가 많고 서비스는 하나의 URL로 대표 되는 경우가 많다. (/users, /products, …)

그래서 MSA 서비스간의 라우팅을 하기 위해서는 API 게이트웨이를 넣는 경우가 많은데, 이 경우에는 API 게이트웨이에 대한 관리포인트가 생기기 때문에, URL 기반의 라우팅 정도라면, API 게이트웨이 처럼 무거운 아키텍쳐 컴포넌트가 아니라, L7 로드밸런서 정도로 위의 기능을 모두 제공이 가능하다.


쿠버네티스에서 HTTP(S)기반의 L7 로드밸런싱 기능을 제공하는 컴포넌트를 Ingress라고 한다.

개념을 도식화 해보면 아래와 같은데, Ingress 가 서비스 앞에서 L7 로드밸런서 역할을 하고, URL에 따라서 라우팅을 하게 된다.


Ingress 가 서비스 앞에 붙어서, URL이 /users와 /products 인것을 각각 다른 서비스로 라우팅 해주는 구조가 된다.


Ingress 은 여러가지 구현체가 존재한다.

구글 클라우드의 경우에는 글로벌 로드 밸런서(https://github.com/kubernetes/ingress-gce/blob/master/README.md) 를 Ingress로 사용이 가능하며, 오픈소스 구현체로는 nginx (https://github.com/kubernetes/ingress-nginx/blob/master/README.md)  기반의 ingress 구현체가 있다.  상용 제품으로는 F5 BIG IP Controller (http://clouddocs.f5.com/products/connectors/k8s-bigip-ctlr/v1.5/) 가 현재 사용이 가능하고, 재미있는 제품으로는 오픈소스 API 게이트웨이 솔루션인 Kong (https://konghq.com/blog/kubernetes-ingress-controller-for-kong/)이 Ingress 컨트롤러의 기능을 지원한다.

각 구현체마다 설정 방법이 다소 차이가 있으며, 특히 Ingress 기능은 베타 상태이기 때문에, 향후 변경이 있을 수 있음을 감안하여 사용하자

URL Path 기반의 라우팅

이 글에서는 구글 클라우드 플랫폼의 로드밸런서를 Ingress로 사용하는 것을 예를 들어 설명한다.

위의 그림과 같이 users 와 products 서비스 두개를 구현하여 배포하고, 이를 ingress를 이용하여 URI가  /users/* 와 /products/* 를 각각의 서비스로 라우팅 하는 방법을 구현해보도록 하겠다.


node.js와 users와 products 서비스를 구현한다.

서비스는 앞에서 계속 사용해왔던 간단한 HelloWorld 서비스를 약간 변형해서 사용하였다.


아래는 users 서비스의 server.js 코드로 “Hello World! I’m User server ..”를 HTTP 응답으로 출력하도록 하였다.  Products 서비스는 User server를 product 서버로 문자열만 변경하였다.


var os = require('os');


var http = require('http');

var handleRequest = function(request, response) {

 response.writeHead(200);

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


 //log

 console.log("["+

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

"] "+os.hostname());

}

var www = http.createServer(handleRequest);

www.listen(8080);


다음으로 서비스를 배포해야 하는데, Ingress를 사용하려면 서비스는 Load Balancer 타입이 아니라, NodePort 타입으로 배포해야 한다.  다음은 user 서비스를 nodeport 서비스로 배포하는 yaml 스크립트이다. (Pod를 컨트롤하는 Deployment 스크립트는 생략하였다.)


users-svc-nodeport.yaml

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: users-node-svc

spec:

 selector:

   app: users

 type: NodePort

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

 

같은 방식으로, Product 서비스도 아래와 같이 NodePort로 배포한다.

product-svc-nodeport.yaml

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: products-node-svc

spec:

 selector:

   app: products

 type: NodePort

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

     

이때 별도로 nodeport를 지정해주지 않았는데, 자동으로 쿠버네티스 클러스터가 nodeport를 지정해준다.

아래와 같이 products-node-svc와 users-node-svc가 각각 배포된것을 확인할 수 있고, ClusterIP의 포트는 80, NodePort는 각각 31442, 32220으로 배포된것을 확인할 수 있다.




다음 Ingress를 생성해보자. 다음은 hello-ingress 라는 이름으로 위에서 만든 두개의 서비스를 라우팅해주는 서비스를 생성하기 위한 yaml  파일이다.

hello-ingress.yaml

apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

 name: hello-ingress

spec:

 rules:

 - http:

     paths:

     - path: /users/*

       backend:

         serviceName: users-node-svc

         servicePort: 80

     - path: /products/*

       backend:

         serviceName: products-node-svc

         servicePort: 80


spec 부분에, rules.http.paths 부분에, 라우팅할 path와 서비스를 정의해준다.

User 서비스는 /users/* URI인 경우 라우팅하게 하고, 앞에서 만든 users-node-svc로 라우팅하도록 한다. 이때 servicePort는 ClusterIP의 service port를 지정한다. (Google Cloud HTTP Load balancer를 이용하는 Ingress의 경우에는  실질적으로는 nodeport로 통신을 하지만 별도로 지정하지 않고 ingress가 자동으로 해당 서비스의 nodeport를 찾아서 맵핑이 된다. )
(참고 : https://kubernetes.io/docs/concepts/services-networking/ingress/

Lines 12-14: A backend is a service:port combination as described in the services doc. Ingress traffic is typically sent directly to the endpoints matching a backend.)


%kubectl create -f hello-ingress.yaml

을 실행하면 ingress가 생성이 되고 kubectl get ing 명령어를 이용하면 생성된 ingress를 확인할 수 있다.



Ingress 가 생성된 후, 실제로 사용이 가능하기까지는 약 1~2분의 시간이 소요된다. 물리적으로 HTTP 로드밸런서를 생성하고, 이 로드밸런서가 서비스가 배포되어 있는 노드에 대한 HealthCheck를 완료하고 문제가 없으면 서비스를 제공하는데, HealthCheck 주기가 1분이기 때문에, 1~2분 정도를 기다려 주는게 좋다. 그전까지는 404 에러나 500 에러가 날것이다.


준비가 끝난후, curl 명령을 이용해서 ingress의 URL에 /users/ 와 /products를 각각 호출해보면 각각, users를 서비스 하는 서버와, products를 서비스 하는 서버로 라우팅이 되서 각각 다른 메세지가 출력되는 것을 확인할 수 있다.




그러면 내부적으로 클라우드 내에서 Ingress를 위한 인프라가 어떻게 생성되었는지 확인해보자

구글 클라우드 콘솔에서 아래와 같이 Network services > Load balancing 메뉴로 들어가보자



아래와 같이 HTTP 로드밸런서가 생성이 된것을 확인할 수 있다.


이름을 보면 k8s는 쿠버네티스용 로드밸런서임을 뜻하고, 중간에 default는 네임 스페이스를 의미한다. 그리고 ingress의 이름인 hello-ingress로 생성이 되어 있다.

로드밸런서를 클릭해서 디테일을 들어가 보면 아래와 같은 정보를 확인할 수 있다.




3개의 백엔드 (인스턴스 그룹)이 맵핑되었으며, /users/*용, /products/*용 그리고, 디폴트용이 생성되었다.

모든 트래픽이 쿠버네티스 클러스터 노드로 동일하게 들어가기 때문에, Instance group의 이름을 보면 모두 동일한것을 확인할 수 있다. 단, 중간에 Named Port 부분을 보면 포트가 다른것을 볼 수 있는데, 31442, 32220 포트를 사용하고 있고, 앞에서 users, produtcs 서비스를 nodeport로 생성하였을때, 자동으로 할당된 nodeport이다.


개념적으로 다음과 같은 구조가 된다.


(편의상 디폴트 백앤드의 라우팅은 표현에서 제외하였다.)


Ingress에 접속되는 서비스를 LoadBalancer나 ClusterIP타입이 아닌 NodePort 타입을 사용하는 이유는, Ingress로 사용되는 구글 클라우드 로드밸런서에서, 각 서비스에 대한 Hearbeat 체크를 하기 위해서인데, Ingress로 배포된 구글 클라우드 로드밸런서는 각 노드에 대해서 nodeport로 Heartbeat 체크를 해서 문제 있는 노드를 로드밸런서에서 자동으로 제거나 복구가되었을때는 자동으로 추가한다.

Static IP 지정하기

서비스와 마찬가지로 Ingress 역시 Static IP를 지정할 수 있다.

서비스와 마찬가지로, static IP를 gcloud 명령을 이용해서 생성한다. 이때 IP를 regional로 생성할 수 도 있지만, ingress의 경우에는 global IP를 사용할 수 있다. --global 옵션을 주면되는데, global IP의 경우에는 regional IP와는 다르게 구글 클라우드의 망 가속 기능을 이용하기 때문에, 구글 클라우드의 100+ 의 Pop (Point of Presence)를 이용하여 가속이 된다.


조금 더 깊게 설명을 하면, 일반적으로 한국에서 미국으로 트래픽을 보낼 경우 한국 → 인터넷 → 미국 식으로 트래픽이 가는데 반해 global IP를 이용하면, 한국에서 가장 가까운 Pop (일본)으로 접속되고, Pop으로 부터는 구글 클라우드의 전용 네트워크를 이용해서 구글 데이타 센터까지 연결 (한국 → 인터넷 → 일본 Pop → 미국 ) 이 되기 때문에 일반 인터넷으로 연결하는 것 대비에서 빠른 성능을 낼 수 있다.


아래와 같이 gcloud 명령을 이용하여, global IP를 생성한다.




구글 클라우드 콘솔에서, 정적 IP를 확인해보면 아래와 같이 hello-ingress-ip 와 같이 IP가 생성되어 등록되어 있는 것을 확인할 수 있다.



Static IP를 이용해서 hello-ingress-staticip 이름으로 ingress를 만들어보자

다음과 같이 hello-ingress-staticip.yaml 파일을 생성한다.


apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

 name: hello-ingress-staticip

 annotations:

   kubernetes.io/ingress.global-static-ip-name: "hello-ingress-ip"

spec:

 rules:

 - http:

     paths:

     - path: /users/*

       backend:

         serviceName: users-node-svc

         servicePort: 80

     - path: /products/*

       backend:

         serviceName: products-node-svc

         servicePort: 80


이 파일을 이용하여, ingress를 생성한 후에, ingress ip를 확인하고 curl 을 이용해서 결과를 확인하면 다음과 같다.


Ingress with TLS

이번에는 Ingress 로드밸런서를 HTTP가 아닌 HTTPS로 생성해보겠다.


SSL 인증서 생성

SSL을 사용하기 위해서는 SSL 인증서를 생성해야 한다. openssl (https://www.openssl.org/)툴을 이용하여 인증서를 생성해보도록 한다.


인증서 생성에 사용할 키를 생성한다.

%openssl genrsa -out hello-ingress.key 2048

명령으로 키를 생성하면 hello-ingress.key라는 이름으로 Private Key 파일이 생성된다.




다음 SSL 인증서를 생성하기 위해서, 인증서 신청서를 생성한다.인증서 신청서 생성시에는 앞에서 생성한 Private Key를 사용한다.

다음 명령어를 실행해서 인증서 신청서 생성을 한다.

%openssl req -new -key hello-ingress.key -out hello-ingress.csr

이때 인증서 내용에 들어갈 국가, 회사 정보, 연락처등을 아래와 같이 입력한다.


인증서 신청서가 hello-ingress.csr 파일로 생성이 되었다. 그러면 이 신청서를 이용하여, SSL 인증서를 생성하자. 테스트이기 때문에 공인 인증 기관에 신청하지 않고, 간단하게 사설 인증서를 생성하도록 하겠다.


다음 명령어를 이용하여 hello-ingress.crt라는 이름으로 SSL 인증서를 생성한다.

%openssl x509 -req -day 265 -in hello-ingress.csr -signkey hello-ingress.key -out hello-ingress.crt



설정하기

SSL 인증서 생성이 완료되었으면, 이 인증서를 이용하여 SSL을 지원하는 ingress를 생성해본다.

SSL 인증을 위해서는 앞서 생성한 인증서와 Private Key 파일이 필요한데, Ingress는 이 파일을 쿠버네티스의 secret 을 이용하여 읽어드린다.


Private Key와 SSL 인증서를 저장할 secret를 생성해보자 앞에서 생성한 hello-ingress.key와 hello-ingress.crt 파일이 ./ssl_cert 디렉토리에 있다고 하자


다음과 같이 kubectl create secret tls 명령을 이용해서 hello-ingress-secret 이란 이름의 secret을 생성한다.

%kubectl create secret tls hello-ingress-serect --key ./ssl_cert/hello-ingress.key --cert ./ssl_cert/hello-ingress.crt


명령을 이용하여 secret을 생성하면, key 이라는 이름으로 hello-ingress.key 파일이 바이너리 형태로 secret에 저장되고 마찬가지로 cert라는 이름으로 hello-ingress.crt 가 저장된다.


생성된 secret을 확인하기 위해서

%kubectl describe secret hello-ingress-secret

명령을 실행해보면 아래와 같이 tls.key 와 tls.crt 항목이 각각 생성된것을 확인할 수 있다.


다음 SSL을 지원하는 ingress를 생성해야 한다.

앞에서 생성한 HTTP ingress와 설정이 다르지 않으나 spec 부분에 tls라는 항목에 SSL 인증서와 Private Key를 저장한 secret 이름을 secretName이라는 항목으로 넘겨줘야 한다.


hello-ingress-tls.yaml


apiVersion: extensions/v1beta1

kind: Ingress

metadata:

 name: hello-ingress-tls

spec:

 tls:

 - secretName: hello-ingress-secret

 rules:

 - http:

     paths:

     - path: /users/*

       backend:

         serviceName: users-node-svc

         servicePort: 80

     - path: /products/*

       backend:

         serviceName: products-node-svc

         servicePort: 80


이 파일을 이용해서 TLS ingress를 생성한 후에, IP를 조회해보자

아래와 같이 35.241.6.159 IP에 hello-ingress-tls 이름으로 ingress가 된것을 확인할 수 있고 포트는 HTTP 포트인 80 포트 이외에, HTTPS포트인 443 포트를 사용하는 것을 볼 수 있다.



다음 HTTPS로 테스트를 해보면 다음과 같이 HTTPS로 접속이 되는 것을 확인할 수 있다.



사설 인증서이기 때문에 위처럼 Not Secure라는 메세지가 뜬다. 인증서 정보를 확인해보면 아래와 같이 앞서 생성한 인증서에 대한 정보가 들어가 있는 것을 확인할 수 있다.



쿠버네티스 #7

서비스 (service)


조대협 (http://bcho.tistory.com)


Service

쿠버네티스 서비스에 대해서 자세하게 살펴보도록 한다.

Pod의 경우에 지정되는 Ip가 랜덤하게 지정이 되고 리스타트 때마다 변하기 때문에 고정된 엔드포인트로 호출이 어렵다, 또한 여러 Pod에 같은 애플리케이션을 운용할 경우 이 Pod 간의 로드밸런싱을 지원해줘야 하는데, 서비스가 이러한 역할을 한다.

서비스는 지정된 IP로 생성이 가능하고, 여러 Pod를 묶어서 로드 밸런싱이 가능하며, 고유한 DNS 이름을 가질 수 있다.


서비스는 다음과 같이 구성이 가능하며, 라벨 셀렉터 (label selector)를 이용하여, 관리하고자 하는 Pod 들을 정의할 수 있다.


apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: hello-node-svc

spec:

 selector:

   app: hello-node

 ports:

   - port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

 type: LoadBalancer

멀티 포트 지원

서비스는 동시에 하나의 포트 뿐 아니라 여러개의 포트를 동시에 지원할 수 있다. 예를 들어 웹서버의 HTTP와 HTTPS 포트가 대표적인 예인데,  아래와 같이 ports 부분에 두개의 포트 정보를 정의해주면 된다.

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: hello-node-svc

spec:

 selector:

   app: hello-node

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

   - name: https

     port: 443

     protocol: TCP

     targetPort: 8082

 type: LoadBalancer

로드 밸런싱 알고리즘

서비스가 Pod들에 부하를 분산할때 디폴트 알고리즘은 Pod 간에 랜덤으로 부하를 분산하도록 한다.

만약에 특정 클라이언트가 특정 Pod로 지속적으로 연결이 되게 하려면  Session Affinity를 사용하면 되는데, 서비스의 spec 부분에 sessionAffinity: ClientIP로 주면 된다.




웹에서 HTTP Session을 사용하는 경우와 같이 각 서버에 각 클라이언트의 상태정보가 저장되어 있는 경우에 유용하게 사용할 수 있다.

Service Type

서비스는 IP 주소 할당 방식과 연동 서비스등에 따라 크게 4가지로 구별할 수 있다.

  • Cluster IP

  • Load Balancer

  • Node IP

  • External name


ClusterIP

디폴트 설정으로, 서비스에 클러스터 IP (내부 IP)를 할당한다. 쿠버네티스 클러스터 내에서는 이 서비스에 접근이 가능하지만, 클러스터 외부에서는 외부 IP 를 할당  받지 못했기 때문에, 접근이 불가능하다.

Load Balancer

보통 클라우드 벤더에서 제공하는 설정 방식으로, 외부 IP 를 가지고 있는 로드밸런서를 할당한다. 외부 IP를 가지고 있기  때문에, 클러스터 외부에서 접근이 가능하다.

NodePort

클러스터 IP로만 접근이 가능한것이 아니라, 모든 노드의 IP와 포트를 통해서도 접근이 가능하게 된다. 예를 들어 아래와 같이 hello-node-svc 라는 서비스를 NodePort 타입으로 선언을 하고, nodePort를 30036으로 설정하면, 아래 설정에 따라 클러스터 IP의  80포트로도 접근이 가능하지만, 모든 노드의 30036 포트로도 서비스를 접근할 수 있다.


hello-node-svc-nodeport.yaml


apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: hello-node-svc

spec:

 selector:

   app: hello-node

 type: NodePort

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

     nodePort: 30036


아래 그림과 같은 구조가 된다.




이를 간단하게 테스트 해보자.

아래는 구글 클라우드에서 쿠버네티스 테스트 환경에서 노드로 사용되고 있는 3개의 VM 목록과 IP 주소이다.


현재 노드는 아래와 같이 3개의 노드가 배포되어 있고 IP 는 10.146.0.8~10이다.

내부 IP이기 때문에, VPC 내의 내부 IP를 가지고 있는 서버에서 테스트를 해야 한다.


같은 내부 IP를 가지고 있는 envoy-ubuntu 라는 머신 (10.146.0.18)에서 각 노드의 30036 포트로 curl을 테스트해본 결과 아래와 같이 모든 노드의 IP를 통해서 서비스 접근이 가능한것을 확인할 수 있다.



ExternalName

ExternalName은 외부 서비스를 쿠버네티스 내부에서 호출하고자할때 사용할 수 있다.

쿠버네티스 클러스터내의 Pod들은 클러스터 IP를 가지고 있기 때문에 클러스터 IP 대역 밖의 서비스를 호출하고자 하면, NAT 설정등 복잡한 설정이 필요하다.

특히 AWS 나 GCP와 같은 클라우드 환경을 사용할 경우 데이타 베이스나, 또는 클라우드에서 제공되는 매지니드 서비스 (RDS, CloudSQL)등을 사용하고자할 경우에는 쿠버네티스 클러스터 밖이기 때문에, 호출이 어려운 경우가 있는데, 이를 쉽게 해결할 수 있는 방법이 ExternalName 타입이다.

아래와 같이 서비스를 ExternalName 타입으로 설정하고, 주소를 DNS로  my.database.example.com으로 설정해주면 이 my-service는 들어오는 모든 요청을 my.database.example.com 으로 포워딩 해준다. (일종의 프록시와 같은 역할)

kind: Service
apiVersion: v1
metadata:
 name: my-service
 namespace: prod
spec:
 type: ExternalName
 externalName: my.database.example.com

다음과 같은 구조로 서비스가 배포된다.



DNS가 아닌 직접 IP를 이용하는 방식

위의 경우 DNS를 이용하였는데, DNS가 아니라 직접 IP 주소를 이용하는 방법도 있다.

서비스 ClusterIP 서비스로 생성을 한 후에, 이 때 서비스에 속해있는 Pod를 지정하지 않는다.

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: external-svc-nginx

spec:

 ports:

 - port: 80



다음으로, 아래와 같이 서비스의 EndPoint를 별도로 지정해주면 된다.

apiVersion: v1

kind: Endpoints

metadata:

 name: external-svc-nginx

subsets:

 - addresses:

   - ip: 35.225.75.124

   ports:

   - port: 80


이 때 서비스명과 서비스 EndPoints의 이름이 동일해야 한다. 위의 경우에는 external-svc-nginx로 같은 서비스명을 사용하였고 이 서비스는 35.225.75.124:80 서비스를 가르키도록 되어 있다.

그림으로 구조를 표현해보면 다음과 같다.




35.225.75.124:80 은 nginx 웹서버가 떠 있는 외부 서비스이고, 아래와 같이 간단한 문자열을 리턴하도록 되어 있다.



이를 쿠버네티스 내부 클러스터의 Pod 에서 curl 명령을 이용해서 호출해보면 다음과 같이 외부 서비스를 호출할 수 있음을 확인할 수 있다.

Headless Service

서비스는 접근을 위해서 Cluster IP 또는 External IP 를 지정받는다.

즉 서비스를 통해서 제공되는 기능들에 대한 엔드포인트를 쿠버네티스 서비스를 통해서 통제하는 개념인데, 마이크로 서비스 아키텍쳐에서는 기능 컴포넌트에 대한 엔드포인트 (IP 주소)를 찾는 기능을 서비스 디스커버리 (Service Discovery) 라고 하고, 서비스의 위치를 등록해놓는 서비스 디스커버리 솔루션을 제공한다. Etcd 나 hashcorp의 consul (https://www.consul.io/)과 같은 솔루션이 대표적인 사례인데, 이 경우 쿠버네티스 서비스를 통해서 마이크로 서비스 컴포넌트를 관리하는 것이 아니라, 서비스 디스커버리 솔루션을 이용하기 때문에, 서비스에 대한 IP 주소가 필요없다.

이런 시나리오를 지원하기 위한 쿠버네티스의 서비스를 헤드리스 서비스 (Headless service) 라고 하는데, 이러한 헤드리스 서비스는 Cluster IP등의 주소를 가지지 않는다. 단 DNS이름을 가지게 되는데, 이 DNS 이름을 lookup 해보면, 서비스 (로드밸런서)의 IP 를 리턴하지 않고, 이 서비스에 연결된 Pod 들의 IP 주소들을 리턴하게 된다.


간단한 테스트를 해보면


와 같이 기동중인 Pod들이 있을때, Pod의 IP를 조회해보면 다음과 같다.


10.20.0.25,10.20.0.22,10.20.0.29,10.20.0.26 4개가 되는데,

다음 스크립트를 이용해서 hello-node-svc-headless 라는 헤드리스 서비스를 만들어보자


apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: hello-node-svc-headless

spec:

 clusterIP: None

 selector:

   app: hello-node

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080


아래와 같이 ClusterIP가 할당되지 않음을 확인할 수 있다.



다음 쿠버네티스 클러스터내의 다른 Pod에서 nslookup으로 해당 서비스의 dns 이름을 조회해보면 다음과 같이 서비스에 의해 제공되는 pod 들의 IP 주소 목록이 나오는 것을 확인할 수 있다.




Service discovery

그러면 생성된 서비스의 IP를 어떻게 알 수 있을까? 서비스가 생성된 후 kubectl get svc를 이용하면 생성된 서비스와 IP를 받아올 수 있지만, 이는 서비스가 생성된 후이고, 계속해서 변경되는 임시 IP이다.

DNS를 이용하는 방법

가장 쉬운 방법으로는 DNS 이름을 사용하는 방법이 있다.

서비스는 생성되면 [서비스 명].[네임스페이스명].svc.cluster.local 이라는 DNS 명으로 쿠버네티스 내부 DNS에 등록이 된다. 쿠버네티스 클러스터 내부에서는 이 DNS 명으로 서비스에 접근이 가능한데, 이때 DNS에서 리턴해주는 IP는 외부 IP (External IP)가 아니라 Cluster IP (내부 IP)이다.


아래 간단한 테스트를 살펴보자. hello-node-svc 가 생성이 되었는데, 클러스터내의 pod 중 하나에서 ping으로 hello-node-svc.default.svc.cluster.local 을 테스트 하니, hello-node-svc의 클러스터 IP인 10.23.241.62가 리턴되는 것을 확인할 수 있다.



External IP (외부 IP)

다른 방식으로는 외부 IP를 명시적으로 지정하는 방식이 있다. 쿠버네티스 클러스터에서는 이 외부 IP를 별도로 관리하지 않기 때문에, 이 IP는 외부에서 명시적으로 관리되어야 한다.


apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: hello-node-svc

spec:

 selector:

   app: hello-node

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

 externalIPs:

 - 80.11.12.11

 

외부 IP는 Service의 spec 부분에서 externalIPs 부분에 IP 주소를 지정해주면 된다.

구글 클라우드의 경우

퍼블릭 클라우드 (AWS, GCP 등)의 경우에는 이 방식 보다는 클라우드내의 로드밸런서를 붙이는 방법을 사용한다.


구글 클라우드의 경우를 살펴보자.서비스에 정적인 IP를 지정하기 위해서는 정적 IP를 생성해야 한다. 구글 클라우드 콘솔내의 VPC 메뉴의 External IP 메뉴에서 생성해도 되고, 아래와 같이 gcloud CLI 명령어를 이용해서 생성해도 된다.


IP를 생성하는 명령어는 gcloud compute addresses create [IP 리소스명] --region [리전]

을 사용하면 된다. 구글 클라우드의 경우에는 특정 리전만 사용할 수 있는 리저널 IP와, 글로벌에 모두 사용할 있는 IP가 있는데, 서비스에서는 리저널 IP만 사용이 가능하다. (글로벌 IP는 후에 설명하는 Ingress에서 사용이 가능하다.)

아래와 같이

%gcloud compute addresses create hello-node-ip-region  --region asia-northeast1

명령어를 이용해서 asia-northeast1 리전 (일본)에 hello-node-ip-region 이라는 이름으로 Ip를 생성하였다. 생성된 IP는 describe 명령을 이용해서 확인할 수 있으며, 아래 35.200.64.17 이 배정된것을 확인할 수 있다.



이 IP는 서비스가 삭제되더라도 계속 유지되고, 다시 재 사용이 가능하다.

그러면 생성된 IP를 service에 적용해보자

다음과 같이 hello-node-svc-lb-externalip.yaml  파일을 생성하자


apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: hello-node-svc

spec:

 selector:

   app: hello-node

 ports:

   - name: http

     port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

 type: LoadBalancer

 loadBalancerIP: 35.200.64.17


타입을 LoadBalancer로 하고, loadBalancerIP 부분에 앞에서 생성한 35.200.64.17 IP를 할당한다.

다음 이 파일을 kubectl create -f hello-node-svc-lb-externalip.yaml 명령을 이용해서 생성하면, hello-node-svc 가 생성이 되고, 아래와 같이 External IP가 우리가 앞에서 지정한 35.200.64.17 이 지정된것을 확인할 수 있다.




쿠버네티스 #6

Replication Controller를 이용하여 서비스 배포하기

조대협 (http://bcho.tistory.com)


1. 도커 파일 만들기

node.js로 간단한 웹서버를 만들어서 도커로 패키징 해보자.

실습을 진행하기 위해서 로컬 환경에 도커와, node.js 가 설치되어 있어야 한다. 이 두 부분은 생략하도록 한다.

여기서 사용한 실습 환경은 node.js carbon 버전 (8.11.3), 도커 맥용 18.05.0-ce, build f150324 을 사용하였다.

node.js 애플리케이션 준비하기

node.js로 간단한 웹 애플리케이션을 제작해보자 server.js라는 이름으로 아래 코드를 작성한다.

var os = require('os');

 

var http = require('http');

var handleRequest = function(request, response) {

 response.writeHead(200);

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

 

 //log

 console.log("["+

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

               "] "+os.hostname());

}

var www = http.createServer(handleRequest);

www.listen(8080);


이 코드는 8080 포트로 웹서버를 띄워서 접속하면 “Hello World!” 문자열과 함께, 서버의 호스트명을 출력해준다. 그리고 stdout에 로그로, 시간과 서버의 호스트명을 출력해준다.

코드 작성이 끝났으면, 서버를 실행해보자

%node server.js


다음 브라우저로 접속하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.


그리고 콘솔화면에는 아래와 같이 시간과 호스트명이 로그로 함께 출력된다.

도커로 패키징하기

그러면 이 node.js 애플리케이션을 도커 컨테이너로 패키징 해보자

Dockerfile 이라는 파일을 만들고 아래 코드를 작성한다.

FROM node:carbon

EXPOSE 8080

COPY server.js .

CMD node server.js > log.out


이 코드는 node.js carborn (8.11.3) 컨테이너 이미지를 베이스로 한후에,  앞서 작성한 server.js 코드를 복사한후에, node server.js > log.out 명령어를 실행하도록 하는 컨테이너를 만드는 설정파일이다.

설정 파일이 준비되었으면,  도커 컨테이너 파일을 만들어보자


% docker build -t gcr.io/terrycho-sandbox/hello-node:v1 .


docker build  명령은 컨테이너를 만드는 명령이고, -t는 빌드될 이미지에 대한 태그를 정하는 명령이다.

빌드된 컨테이너 이미지는 gcr.io/terrycho-sandbox/hello-node로  태깅되는데, 이는 향후에 구글 클라우드 컨테이너 레지스트리에 올리기 위해서 태그 명을 구글 클라우드 컨테이너 레지스트리의 포맷을 따른 것이다. (참고 https://cloud.google.com/container-registry/docs/pushing-and-pulling)

포맷은 [HOST_NAME]/[GOOGLE PROJECT-ID]/[IMAGE NAME]


gcr.io/terrycho-sandbox는 도커 이미지가 저장될 리파지토리의 경로를 위의 규칙에 따라 정의한 것인데,

  • gcr.io는 구글 클라우드 컨테이너 리파지토리 US 리전을 지칭하며,

  • terrycho-sandbox는 본인의 구글 프로젝트 ID를 나타낸다.

  • 이미지명을 hello-node 로 지정하였다.

  • 마지막으로 콜론(:) 으로 구별되어 정의한 부분은 태그 부분으로, 여기서는 “v1”으로 태깅을 하였다.


이미지는 위의 이름으로 지정하여 생성되어 로컬에 저장된다.




빌드를 실행하면 위와 같이 node:carbon 이미지를 읽어와서 필요한 server.js 파일을 복사하고 컨테이너 이미지를 생성한다.

컨테이너 이미지가 생성되었으면 로컬 환경에서 이미지를 기동 시켜보자


%docker run -d -p 8080:8080 gcr.io/terrycho-sandbox/hello-node:v1


명령어로 컨테이너를 실행할 수 있다.

  • -d 옵션은 컨테이너를 실행하되, 백그라운드 모드로 실행하도록 하였다.

  • -p는 포트 맵핑으로 뒤의 포트가 도커 컨테이너에서 돌고 있는 포트이고, 앞의 포트가 이를 밖으로 노출 시키는 포트이다 예를 들어 -p 9090:8080 이면 컨테이너의 8080포트를 9090으로 노출 시켜서 서비스 한다는 뜻이다. 여기서는 컨테이너 포트와 서비스로 노출 되는 포트를 동일하게 8080으로 사용하였다.


컨테이너를 실행한 후에, docker ps 명령어를 이용하여 확인해보면 아래와 같이 hello-node:v1 이미지로 컨테이너가 기동중인것을 확인할 수 있다.



다음 브라우져를 통해서 접속을 확인하기 위해서 localhost:8080으로 접속해보면 아래와 같이 Hello World 와 호스트명이 출력되는 것을 확인할 수 있다.


로그가 제대로 출력되는지 확인하기 위해서 컨테이너 이미지에 쉘로 접속해보자

접속하는 방법은


% docker exec -i -t [컨테이너 ID] /bin/bash

를 실행하면 된다. 컨테이너 ID 는 앞의 docker ps 명령을 이용하여 기동중인 컨테이너 명을 보면 처음 부분이 컨테이너 ID이다.

hostname 명령을 실행하여 호스트명을 확인해보면 위에 웹 브라우져에서 출력된 41a293ba79a7과 동일한것을 확인할 수 있다. 디렉토리에는 server.js 파일이 복사되어 있고, log.out 파일이 생성된것을 볼 수 있다.  

cat log.out을 이용해서 보면, 시간과 호스트명이 로그로 출력된것을 확인할 수 있다.



2. 쿠버네티스 클러스터 준비

구글 클라우드 계정 준비하기

구글 클라우드 계정 생성은 http://bcho.tistory.com/1107 문서를 참고하기 바란다.

쿠버네티스 클러스터 생성하기

쿠버네티스 클러스터를 생성해보자, 클러스터 생성은 구글 클라우드 콘솔의 Kubernetes Engine > Clusters 메뉴에서 Create 를 선택하면 클러스터 생성이 가능하다.



클러스터 이름을 넣어야 하는데, 여기서는 terry-gke-10 을 선택하였다. 구글 클라우드에서 쿠버네티스 클러스터는 싱글 존에만 사용가능한 Zonal 클러스터와 여러존에 노드를 분산 배포하는 Regional 클러스터 두 가지가 있는데, 여기서는 하나의 존만 사용하는 Zonal 클러스터를 설정한다. (Regional은 차후에 다루도록 하겠다.)

다음 클러스터를 배포한 존을 선택하는데, asia-northeast1-c (일본)을 선택하였다.

Cluster Version은 쿠버네티스 버전인데, 1.10.2 버전을 선택한다.

그리고 Machine type은 쿠버네티스 클러스터의 노드 머신 타입인데, 간단한 테스트 환경이기 때문에,  2 CPU에 7.5 메모리를 지정하였다.

다음으로 Node Image는 노드에 사용할 OS 이미지를 선택하는데, Container Optimized OS를 선택한다. 이 이미지는 컨테이너(도커)를 운영하기 위해 최적화된 이미지이다.

다음으로는 노드의 수를 Size에서 선택한다. 여기서는 3개의 노드를 운용하도록 설정하였다.


아래 부분에 보면  Automatic node upgrades 라는 기능이 있다.


구글 클라우드의 재미있는 기능중 하나인데, 쿠버네티스 버전이 올라가면 자동으로 버전을 업그레이드 해주는 기능으로, 이 업그레이드는 무정지로 진행 된다.


gcloud 와 kubectl 설치하기

클러스터 설정이 끝났으면 gloud (Google Cloud SDK 이하 gcloud)를 인스톨한다.

gcloud 명령어의 인스톨 방법은 OS마다 다른데, https://cloud.google.com/sdk/docs/quickstarts 문서를 참고하면 된다.

별다른 어려운 작업은 없고, 설치 파일을 다운 받아서 압축을 푼후에, 인스톨 스크립트를 실행하면 된다.


kubectl은 쿠버네티스의 CLI (Command Line Interface)로, gcloud를 인스톨한후에,

%gcloud components install kubectl

명령을 이용하면 인스톨할 수 있다.

쿠버네티스 클러스터 인증 정보 얻기

gcloud와 kubectl 명령을 설치하였으면, 이 명령어들을 사용할때 마다 쿠버네티스에 대한 인증이 필요한데, 인증에 필요한 인증 정보는 아래 명령어를 이용하면, 자동으로 사용이 된다.

gcloud container clusters get-credentials CLUSTER_NAME

여기서는 클러스터명이 terry-gke10이기 때문에,

%gcloud container clusters get-credentials terry-gke-10

을 실행한다.


명령어 설정이 끝났으면, gcloud 명령이 제대로 작동하는지를 확인하기 위해서, 현재 구글 클라우드내에 생성된 클러스터 목록을 읽어오는 gcloud container clusters list 명령어를 실행해보자



위와 같이 terry-gke-10 이름으로 asia-northeast1-c 존에 쿠버네티스 1.10.2-gke.3 버전으로 클러스터가 생성이 된것을 볼 수 있고, 노드는 총 3개의 실행중인것을 확인할 수 있다.

3. 쿠버네티스에 배포하기

이제 구글 클라우드에 쿠버네티스 클러스터를 생성하였고, 사용을 하기 위한 준비가 되었다.

앞에서 만든 도커 이미지를 패키징 하여, 이 쿠버네티스 클러스터에 배포해보도록 하자.

여기서는 도커 이미지를 구글 클라우드내의 도커 컨테이너 레지스트리에 등록한 후, 이 이미지를 이용하여 ReplicationController를 통해 총 3개의 Pod를 구성하고 서비스를 만들어서 이 Pod들을 외부 IP를 이용하여 서비스를 제공할 것이다.

도커 컨테이너 이미지 등록하기

먼저 앞에서 만든 도커 이미지를 구글 클라우드 컨테이너 레지스트리(Google Container Registry 이하 GCR) 에 등록해보자.

GCR은 구글 클라우드에서 제공하는 컨테이너 이미지 저장 서비스로, 저장 뿐만 아니라, CI/CD 도구와 연동하여, 자동으로 컨테이너 이미지를 빌드하는 기능, 그리고 등록되는 컨테이너 이미지에 대해서 보안적인 문제가 있는지 보안 결함을 스캔해주는 기능과 같은 다양한 기능을 제공한다.


컨테이너 이미지를 로컬환경에서 도커 컨테이너 저장소에 저장하려면 docker push라는 명령을 사용하는데, 여기서는 GCR을 컨테이너 이미지 저장소로 사용할 것이기 때문에, GCR에 대한 인증이 필요하다.

인증은 한번만 해놓으면 되는데

%gcloud auth configure-docker

명령을 이용하면, 인증 정보가 로컬 환경에 자동으로 저장된다.



인증이 완료되었으면, docker push 명령을 이용하여 이미지를 GCR에 저장한다.

%docker push gcr.io/terrycho-sandbox/hello-node:v1


명령어를 실행하면, GCR에 hello-node 이미지가 v1 태그로 저장된다.


이미지가 GCR에 잘 저장되었는지를 확인하기 위해서 구글 클라우드 콘솔에 Container Registry (GCR)메뉴에서 Images라는 메뉴를 들어가보자




아래와 같이 hello-node 폴더에 v1이라는 태그로 이미지가 등록된것을 확인할 수 있다.

ReplicationController 등록

컨테이너 이미지가 등록되었으면 이 이미지를 이용해서 Pod를 생성해보자,  Pod 생성은 Replication Controller (이하 rc)를 생성하여, rc가 Pod 생성 및 컨트롤을 하도록 한다.


다음은 rc 생성을 위한 hello-node-rc.yaml 파일이다.


apiVersion: v1

kind: ReplicationController

metadata:

 name: hello-node-rc

spec:

 replicas: 3

 selector:

   app: hello-node

 template:

   metadata:

     name: hello-node-pod

     labels:

       app: hello-node

   spec:

     containers:

     - name: hello-node

       image: gcr.io/terrycho-sandbox/hello-node:v1

       imagePullPolicy: Always

       ports:

       - containerPort: 8080


hello-node-rc 라는 이름으로 rc를 생성하는데, replica 를 3으로 하여, 총 3개의 pod를 생성하도록 한다.

템플릿 부분에 컨테이너 스팩에 컨테이너 이름은 hello-node로 하고 이미지는 앞서 업로드한 gcr.io/terrycho-sandbox/hello-node:v1 를 이용해서 컨테이너를 만들도록 한다. 컨테이너의 포트는 8080을 오픈한다. 템플릿 부분에서 app 이라는 이름의 라벨을 생성하고 그 값을 hello-node로 지정하였다. 이 라벨은 나중에 서비스 (service)에 의해 외부로 서비스될 pod들을 선택하는데 사용 된다.


여기서 imagePullPolicy:Always  라고 설정한 부분이 있는데, 이는 Pod를 만들때 마다 매번 컨테이너 이미지를 확인해서 새 이미지를 사용하도록 하는 설정이다.  컨테이너 이미지는 한번 다운로드가 되면 노드(Node) 에 저장이 되어 있게 되고, 사용이 되지 않는 이미지 중에 오래된 이미지는 Kublet이 가비지 컬렉션 (Garbage collection) 정책에 따라 이미지를 삭제하게 되는데, 문제는 노드에 이미 다운되어 있는 이미지가 있을 경우 컨테이너 생성시 노드에 이미 다운로드 되어 있는 이미지를 사용한다. 컨테이너 리파지토리에 같은 이름으로 이미지를 업데이트 하거나 심지어 그 이미지를 삭제하더라도 노드에 이미지가 이미 다운로드 되어 있으면 다운로드된 이미지를 사용하기 때문에, 업데이트 부분이 반영이 안된다.

이를 방지하기 위해서 imagePullPolicy:Always로 해주면 컨테이너 생성시마다 이미지 리파지토리를 검사해서 새 이미지를 가지고 오기 때문에, 업데이트된 내용을 제대로 반영할 수 있다.


%kubectl create -f hello-node-rc.yaml


명령어를 실행해서 rc와 pod를 생성한다.




위의 그림과 같이 3개의 Pod가 생성된것을 확인할 수 있는데, Pod가 제대로 생성되었는지 확인하기 위해서 hello-node-rc-rsdzl pod에서 hello-node-rc-2phgg pod의 node.js 웹서버에 접속을 해볼 것이다.

아직 서비스를 붙이지 않았기 때문에, 이 pod들은 외부 ip를 이용해서 서비스가 불가능하기 때문에, 쿠버네티스 클러스터 내부의 pod를 이용하여 내부 ip (private ip)간에 통신을 해보기 위해서 pod에서 pod를 호출 하는 것이다. kubectl describe pod  [pod 명] 명령을 이용하면, 해당 pod의 정보를 볼 수 있다. hello-node-rc-2hpgg pod의 cluster ip (내부 ip)를 확인해보면 10.20.1.27 인것을 확인할 수 있다.


kubectl exec 명령을 이용하면 쉘 명령어를 실행할 수 있는데, 다음과 같이 hello-node-rc-rsdzl pod에서 첫번째 pod인 hello-node-rc-2phgg의 ip인 10.20.1.27의 8080 포트로 curl 을 이용해 HTTP 요청을 보내보면 다음과 같이 정상적으로 응답이 오는 것을 볼 수 있다.


Service 등록

rc와 pod 생성이 끝났으면 이제 서비스를 생성해서 pod들을 외부 ip로 서비스 해보자

다음은 서비스를 정의한 hello-node-svc.yaml 파일이다.


hello-node-svc.yaml

apiVersion: v1

kind: Service

metadata:

 name: hello-node-svc

spec:

 selector:

   app: hello-node

 ports:

   - port: 80

     protocol: TCP

     targetPort: 8080

 type: LoadBalancer


Selector 부분에 app:hello-node 로 지정하여, pod들 중에 라벨의 키가 app이고 값이 hello-node인 pod 들만 서비스에 연결하도록 지정하였다. 다음 서비스의 포트는 80으로 지정하였고, pod의 port는 8080으로 지정하였다.


서비스가 배포되면 위와 같은 구조가 된다.

%kubectl create -f hello-node-svc.yaml

명령을 이용하면 서비스가 생성이 된다.


다음 생성된 서비스의 외부 ip를 얻기 위해서 kubectl get svc 명령을 실행해보자

아래 그림과 같이 35.200.40.161 IP가 할당된것을 확인할 수 있다.


이 IP로 접속을 해보면 아래와 같이 정상적으로 응답이 오는 것을 확인할 수 있다.


RC 테스트

rc는 pod의 상태를 체크하다가 문제가 있으면 다시, pod를 기동해주는 기능을 한다.

이를 테스트하기 위해서 강제적으로 모든 pod를 제거해보자. kubectl delete pod --all을 이용하면 모든 pod를 제거할 수 있는데, 아래 그림을 보면, 모든 pod를 제거했더니 3개의 pod가 제거되고 새롭게 3개의 pod가 기동되는 것을 확인할 수 있다.



운영중에 탄력적으로 pod의 개수를 조정할 수 있는데, kubectl scale 명령을 이용하면 된다.

kubectl scale --replicas=[pod의 수] rc/[rc 명] 식으로 사용하면 된다. 아래는 pod의 수를 4개로 재 조정한 내용이다.



자원 정리

테스트가 끝났으면 서비스, rc,pod를 삭제해보자.

  • 서비스 삭제는 kubectl delete svc --all 명령어를 이용한다.

  • rc 삭제는 kubectl delete rc --all

  • pod 삭제는 kubectl delete pod --all

을 사용한다.

삭제시 주의할점은 pod를 삭제하기 전에 먼저 rc를 삭제해야 한다. 아니면, pod가 삭제된 후 rc에 의해서 다시 새로운 pod가 생성될 수 있다.


쿠버네티스 #4

아키텍쳐


조대협 (http://bcho.tistory.com)


쿠버네티스에 대한 개념 이해가 끝났으면, 이제 쿠버네티스가 실제로 어떤 구조로 구현이 되어 있는지 아키텍쳐를 살펴보도록 하자. 아키텍쳐를 이용하면 동작 원리를 이해할 수 있기 때문에, 쿠버네티스의 사용법을 이해하는데 도움이 된다.




<그림. 쿠버네티스 아키텍쳐>

출처 https://kubernetes.io/docs/concepts/architecture/

마스터와 노드

쿠버네티스는 크게 마스터(Master)와 노드(Node) 두 개의 컴포넌트로 분리된다.

마스터는 쿠버네티스의 설정 환경을 저장하고 전체 클러스터를 관리하는 역할을 맏고있고, 노드는 파드나 컨테이너 처럼 쿠버네티스 위에서 동작하는 워크로드를 호스팅하는 역할을 한다.

마스터

쿠버네티스 클러스터 전체를 컨트럴 하는 시스템으로, 크게 다음과 API 서버, 스케쥴러, 컨트롤러 매니져, etcd 로 구성되어 있다.


API 서버

쿠버네티스는 모든 명령과 통신을 API를 통해서 하는데, 그 중심이 되는 서버가 API서버이다.

쿠버네티스의 모든 기능들을 REST API로 제공하고 그에 대한 명령을 처리한다.

Etcd

API 서버가 명령을 주고 받는 서버라면, 쿠버네티스 클러스터의 데이타 베이스 역할이 되는 서버로 설정값이나 클러스터의 상태를 저장하는 서버이다.  etcd라는 분산형 키/밸류 스토어 오픈소스 ()https://github.com/coreos/etcd) 로 쿠버네티스 클러스터의 상태나 설정 정보를 저장한다.

스케쥴러

스케쥴러는 Pod,서비스등 각 리소스들을 적절한 노드에 할당하는 역할을 한다.

컨트롤러 매니져

컨트롤러 매니저는 컨트롤러(Replica controller, Service controller, Volume Controller, Node controller 등)를 생성하고 이를 각 노드에 배포하며 이를 관리하는 역할을 한다.


DNS

그림에는 빠져있는데, 쿠버네티스는 리소스의 엔드포인트(Endpoint)를 DNS로 맵핑하고 관리한다. Pod나 서비스등은 IP를 배정받는데, 동적으로 생성되는 리소스이기 때문에 그 IP 주소가 그때마다 변경이 되기 때문에, 그 리소스에 대한 위치 정보가 필요한데, 이러한 패턴을 Service discovery 패턴이라고 하는데, 쿠버네티스에서는 이를 내부 DNS서버를 두는 방식으로 해결하였다.

새로운 리소스가 생기면, 그 리소스에 대한 IP와 DNS 이름을 등록하여, DNS 이름을 기반으로 리소스에 접근할 수 있도록 한다.

노드

노드는 마스터에 의해 명령을 받고 실제 워크로드를 생성하여 서비스 하는 컴포넌트이다.

노드에는 Kubelet, Kube-proxy,cAdvisor 그리고 컨테이너 런타임이 배포된다.

Kubelet

노드에 배포되는 에이전트로, 마스터의 API서버와 통신을 하면서, 노드가 수행해야 할 명령을 받아서 수행하고, 반대로 노드의 상태등을 마스터로 전달하는 역할을 한다.

Kube-proxy

노드로 들어오거는 네트워크 트래픽을 적절한 컨테이너로 라우팅하고, 로드밸런싱등 노드로 들어오고 나가는 네트워크 트래픽을 프록시하고, 노드와 마스터간의 네트워크 통신을 관리한다.

Container runtime (컨테이너 런타임)

Pod를 통해서 배포된 컨테이너를 실행하는 컨테이너 런타임이다. 컨테이너 런타임은 보통 도커 컨테이너를 생각하기 쉬운데, 도커 이외에도 rkt (보안이 강화된 컨테이너), Hyper container 등 다양한 런타임이 있다.

cAdvisor

cAdvisor는 각 노드에서 기동되는 모니터링 에이전트로, 노드내에서 가동되는 컨테이너들의 상태와 성능등의 정보를 수집하여, 마스터 서버의 API 서버로 전달한다.

이 데이타들은 주로 모니터링을 위해서 사용된다.


전체적인 구조 자체는 복잡하지 않다. 모듈화가 되어 있고, 기능 확장을 위해서 플러그인을 설치할 수 있는 구조로 되어 있다. 예를 들어 나중에 설명하겠지만 모니터링 정보를 저장하는 데이타베이스로는 많이 사용되는 Influx 데이타 베이스 또는 Prometheus 와 같은 데이타 베이스를 선택해서 설치할 수 있고 또는 커스텀 인터페이스 개발을 통해서, 알맞은 저장소를 개발하여 연결이 가능하다.






쿠버네티스 #3

개념이해 (2/2) : 고급 컨트롤러


조대협 (http://bcho.tistory.com)



고급 컨트롤러

RC,RS,Deployment는 웹서버와 같은 일반적인 워크로드에 대해 Pod를 관리하기 위한 컨트롤러이다. 실제 운영환경에서는 웹서버와 같은 일반적인 워크로드 이외에,  데이타베이스,배치 작업, 데몬 서버와 같이 다양한 형태의 워크로드 모델이 존재하는데 이를 지원하기 위해서 쿠버네티스는 다양한 컨트롤러를 제공함으로써, Pod의 운영을 다양한 시나리오에 맞게 지원하고 있다.

DaemonSet

DaemonSet (이하 DS) 은 Pod가 각각의 노드에서 하나씩만 돌게 하는 형태로 Pod를 관리하는 컨트롤러이다. 아래 그림을 보자


RC나 RS에 의해서 관리되는 Pod 는 여러 노드의 상황에 따라서 일반적으로 비균등적으로 배포가 되지만,  DS에 의해 관리되는 Pod는 모든 노드에 균등하게 하나씩만 배포 된다.

이런 형태의 워크로드는 서버의 모니터링이나 로그 수집 용도로 많이 사용되는데, DS의 다른 특징중 하나는, 특정 Node들에만 Pod가 하나씩만 배포 되도록 설정이 가능하다.

앞에서 언급한 로그나 모니터링 시나리오에서 특정 장비에 대한 모니터링을 하고자 할 때 이런 시나리오가 유효하다. 예를 들어 특정 장비(노드)에만 Nvme SSD를 사용하거나 GPU를 사용할 경우에는 그 장비가 설치된 노드만을 모니터링하면 된다.



DS는 특정 노드에만 Pod를 배포할 수 있도록 , Pod의 “node selector”를 이용해서 라벨을 이용하여 특정 노드만을 선택할 수 있게 지원한다.

Job

워크로드 모델중에서 배치나 한번 실행되고 끝나는 형태의 작업이 있을 수 있다.

예를 들어 원타임으로 파일 변환 작업을 하거나, 또는 주기적으로 ETL 배치 작업을 하는 경우에는 웹서버 처럼 계속 Pod가 떠 있을 필요없이 작업을 할때만 Pod 를 띄우면 된다.

이러한 형태의 워크로드 모델을 지원하는 컨트롤러를 Job이라고 한다.


Job에 의해서 관리되는 Pod는 Job이 종료되면, Pod 를 같이 종료한다.

Job을 정의할때는 보통 아래와 같이 컨테이너 스펙 부분에 image 뿐만 아니라, 컨테이너에서 Job을 수행하기 위한 커맨드(command) 를 같이 입력한다.


apiVersion: batch/v1
kind: Job
metadata:
 name: pi
spec:
 template:
   spec:
     containers:
     - name: pi
       image: perl
       command: ["perl",  "-Mbignum=bpi", "-wle", "print bpi(2000)"]
     restartPolicy: Never
 backoffLimit: 4



Job 컨트롤러에 의해서 실행된 Pod 는 이 command의 실행 결과에 따라서 Job이 실패한지 성공한지를 판단한다. (프로세스의 exit 코드로 판단한다.)  Job이 종료되었는데, 결과가 실패라면,이 Job을 재 실행할지 또는 그냥 끝낼지를 설정에 따라서 결정한다.


Job이 끝나기 전에 만약에 비정상적으로 종료된다면 어떻게 될것인가?

아래 그림을 보자 쿠버네티스 클러스터에서 특정 노드가 장애가 났다고 가정하자, RC/RS에 의해서 관리되고 있는 Pod 는 자동으로 다른 노드에서 다시 자동으로 생성되서 시작될것이고, 컨트롤러에 의해 관리되고 있지 않은 Pod 는 다시 다른 노드에서 기동되지 않고 사라질것이다.

그렇다면 Job 에 의해서 관리되는 Pod는 어떻게 될것인가?



두가지 방법으로 설정할 수 있는데, 장애시 다시 시작하게 하거나 또는 장애시 다시 시작하지 않게 할 수 있다.

다시 시작의 개념은 작업의 상태가 보장되는것이 아니라, 다시 처음부터 작업이 재 시작되는 것이기 때문에 resume이 아닌 restart의 개념임을 잘 알아야하고, 다시 시작 처음부터 작업을 시작하더라도 데이타가 겹치거나 문제가 없는 형태라야 한다.


배치 작업의 경우 작업을 한번만 실행할 수 도 있지만, 같은 작업을 연속해서 여러번 수행하는 경우가 있다. (데이타가 클 경우 범위를 나눠서 작업하는 경우) 이런 경우를 위해서 Job 컨트롤러는 같은 Pod를 순차적으로, 여러번 실행할 수 있도록 설정이 가능하다. Job 설정에서 completion에 횟수를 주면, 같은 작업을 completion 횟수만큼 순차적으로 반복한다.


만약에 여러 작업을 처리해야 하지만 순차성이 필요없고 병렬로 처리를 하고 싶다면, Job설정에서 parallelism 에 동시 실행할 수 있는 Pod의 수를 주면, 지정된 수 만큼 Pod를 실행하여 completion 횟수를 병렬로 처리한다. 아래 그림은 completion이 5, parallelism이 2일때, 하나의 노드에서 모든 Pod가 실행된다고 가정했을때, 실행 순서를 보여주는 그림이다.



Cron jobs

Job 컨트롤러에 의해서 실행되는 배치성 작업들에 대해서 고려할 점중 하나는 이런 배치성 작업을 메뉴얼로 실행하는 것이 아니라, 주기적으로 자동화해서 실행할 필요가 있는데, 이렇게 주기적으로 정해진 스케쥴에 따라 Job 컨트롤러에 의해 작업을 실행해주는 컨트롤러로 cron jobs 컨트롤러가 있다.

cron jobs 컨트롤러는 Unix cron 명령어처럼, 시간에 따른 실행조건을 정의해놓을 수 있고, 이에 따라 Job 컨트롤러를 실행하여, 정의된 Pod를 실행할 수 있게 한다.


아래는 cron jobs 컨트롤러의 예제인데, job 컨트롤러와 설정이 다르지 않다.


apiVersion: batch/v1beta1
kind: CronJob
metadata:
 name: hello
spec:
 schedule: "*/1 * * * *"
 jobTemplate:
   spec:
     template:
       spec:
         containers:
         - name: hello
           image: busybox
           args:
           - /bin/sh
           - -c
           - date; echo Hello from the Kubernetes cluster
         restartPolicy: OnFailure



다른 점은 CronJob 스펙 설정 부분에 “schedule”이라는 항목이 있고 반복 조건을 unix cron과 같이 설정하면 된다.

StatefulSet

마지막으로, 1.9에 정식으로 릴리즈된 StatefulSet이 있다.

RS/RC나 다른 컨트롤러로는 데이타베이스와 같이 상태를 가지는 애플리케이션을 관리하기가 어렵다.

그래서 이렇게 데이타 베이스등과 같이 상태를 가지고 있는 Pod를 지원하기 위해서 StatefulSet 이라는 것이 새로 소개되었는데, 이를 이해하기 위해서는 쿠버네티스의 디스크 볼륨에 대한 이해가 필요하기 때문에 다음에 볼륨과 함께 다시 설명하도록 한다.


2회에 걸쳐서 쿠버네티스의 컴포넌트 개념들에 대해서 살펴보았고, 다음글에서는 쿠버네티스의 아키텍쳐에 대해서 간략하게 살펴보도록 하겠다.




Kubernetes #1 - 소개

조대협 (http://bcho.tistory.com)

배경

도커와 쿠버네티스를 알게 된건 수년전인데, 근래에 들어서 다시 쿠버네티스를 보기 시작하였다.

컨테이너 기반의 환경은 배포에 장점이 있고 마이크로 서비스 아키텍쳐 구조에 잘 맞아들어가는 듯 싶지만, 컨테이너가 약간 빠르다는 장점은 있지만, 가상 머신으로도 충분히 패키징이 가능하고, 로컬의 개발환경을 동기화 시키는 장점은 vagrant 로도 충분하다는 생각을 가지고 있었다.


그리고 결정적으로 도커 컨테이너를 운용하기 위한 컨테이너 관리 환경이 그다지 성숙하지 못했었다. Mesosphere, Swarm, Kubernetes 등 다양한 환경이 나오기는 하였지만 기능적으로 부족한 부분도 많았고, 딱히 어떤 플랫폼이 대세라고 정해진것도 없었다.


마이크로 서비스 아키텍쳐 발전

그러나 근래에 들어서 재미있어지는 현상이 마이크로 서비스 아키텍쳐가 단순 개념에서 부터 점점 더 발전하기 시작하였고, 디자인 패턴과 이를 구현하기 위한 다양한 인프라 플랫폼들이 소개되기 시작하였다.

또한 서비스가 점점 작아지면서, 1~2 코어로도 운영할 수 있는 작은 서비스들이 다수 등장하게 되었고 이런 작은 서비스는 VM 환경으로 운영하기에는 낭비가 너무 심하다. (VM 이미지 크기도 너무 크고, 다양한 이미지를 VM으로 관리 배포하기에는 배포 속도등 다양한 문제가 발생한다.)


솔루션의 발전

배포 방식도 예전에 서버에 계속해서 애플리케이션 코드만 업데이트 하는 방식이 아니라, VM이나 컨테이너 단위로 배포하는 피닉스 서버 패턴과 이를 구현하기 위한 Spinnaker  와 같은 솔루션이 나오고 있고, 지능형 라우팅과 분산 트렌젝션 로그 추적을 하는 기능들이 Envoy 라는 솔루션으로 나오고 이를 중앙 통제하기 위한 Istio.io 와 같은 서비스 메쉬 솔루션 까지 나오기에 이르렀다.


데브옵스 모델의 성숙화

데브옵스 모델도 나온지는 오래되었지만, 운영을 데브옵스라는 이름으로 바꾼 것일뿐 실제적인 변화가 없는 팀들이 많았고, 또는 데브옵스라는 이름아래에서 개발팀이 개발과/운영 역할을 병행해서 하는 사례가 오히려 많았다.

이런 데브옵스의 개념도 근래에 들어서 정리가 되어가고 있는데, 개발팀이 개발과 시스템에 대한 배포/운영을 담당한다면, 데브옵스팀은 개발팀이 이를 쉽게할 수 있는 아랫단의 플랫폼과 자동화를 하는데 목표를 두는 역할로 역할이 명확해지고 있다.


이러한 배경에서 슬슬 컨테이너 기반의 환경이 실질적으로 적용될만하다는 것으로 판단하였고, 다시 컨테이너 환경에 대해서 살펴보기 시작하였다.

왜 하필이면 쿠버네티스인가?

그렇다면 Swarm,Mesosphere 가 아니라 왜 하필이면 쿠버네티스인가? 컨테이너 운용 환경은 여러 오픈소스에 의해서 표준이 없이 혼돈이었다가 작년말을 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.

컨테이너 운영환경이 무엇인데?

컨테이너 (도커)에 필요성과 마이크로 서비스의 관계등에 대해서는 워낙 소개된 글들이 많아서 생략한다. 그렇다면 쿠버네티스가 제공하는 컨테이너 운영환경이란 무엇인가? 이를 이해하기 위해서는 먼저 컨테이너에 대해서 이해할 필요가 있는데, 컨테이너의 가장 대표적인 예로는 도커가 있다. 도커에 대한 자세한 설명은 링크를 참고하기 바란다.


그러면 단순하게 도커 컨테이너를 하드웨어나 VM에 배포하면 사용하면 되지 왜 컨테이너 운영환경이 필요한가?


작은 수의 컨테이너라면 수동으로 VM이나 하드웨어에 직접 배포하면 되지만, VM이나 하드웨어의 수가 많아지고 컨테이너의 수가 많아지면, 이 컨테이너를 어디에 배포해야 하는지에 대한 결정이 필요하다.

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.


이러한 스케쥴링 뿐만이 아니라 컨테이너가 정상적으로 작동하고 있는지 체크하고 문제가 있으면 재 기동등을 해주고, 모니터링, 삭제관리등 컨테이너에 대한 종합적인 관리를 해주는 환경이 필요한데, 이를 컨테이너 운영환경이라고 한다.

쿠버네티스란?

이런 컨테이너 운영환경중 가장 널리 사용되는 솔루션이 쿠버네티스 (Kubernetes, 약어로 k8s)라고 한다.

구글은 내부 서비스를 클라우드 환경에서 운영하고 있으며, 일찌감치 컨테이너 환경을 사용해왔다. 구글의 내부 컨테이너 서비스를 Borg라고 하는데, 이 구조를 오픈소스화한것이 쿠버네티스이다.

GO 언어로 구현이되었으며, 특히 재미있는 것은 벤더나 플랫폼에 종속되지 않기 때문에, 대부분의 퍼블릭 클라우드 (구글,아마존,애저)등에 사용이 가능하고 오픈 스택과 같은 프라이빗 클라우드 구축 환경이나 또는 베어메탈 (가상화 환경을 사용하지 않는 일반 서버 하드웨어)에도 배포가 가능하다.

이런 이유 때문에 여러 퍼블릭 클라우드를 섞어서 사용하는 환경이나 온프렘/퍼블릭 클라우드를 혼용해서 쓰는 환경에도 동일하게 적용이 가능하기 때문에 하이브리드 클라우드 솔루션으로 많이 각광 받고 있다.


흔히들 컨테이너를 이야기 하면 도커를 떠올리기 쉬운데, 도커가 물론 컨테이너 엔진의 대표격이기는 하지만 이 이외도 rkt나 Hyper container(https://hypercontainer.io/) 등 다양한 컨테이너 엔진들이 있으며, 쿠버네티스는 이런 다양한 컨테이너 엔진을 지원한다.

컨테이너 환경을 왜 VM에 올리는가?

온프렘 환경(데이타센터)에서 쿠버네티스를 올릴때 궁금했던점 중의 하나가, 바로 베어메탈 머신위에 쿠버네티스를 깔면 되는데, 보통 배포 구조는 VM(가상화 환경)을 올린 후에, 그 위에 쿠버네티스를 배포하는 구조를 갖는다. 왜 이렇게 할까 한동안 고민을 한적이 있었는데, 나름데로 내린 결론은 하드웨어 자원 활용의 효율성이다. 컨테이너 환경은 말그대로 하드웨어 자원을 컨테이너화하여 isolation 하는 기능이 주다. 그에 반해 가상화 환경은 isolation 기능도 가지고 있지만, 가상화를 통해서 자원 , 특히 CPU의 수를 늘릴 수 있다.


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 가능하기 때문이 아닌가 하는 결론을 내렸다.

이 이외에도 스토리지 자원의 활용 용이성이나 노드 확장등을 유연하게 할 수 있는 장점이 있다고 한다.


다음 글에서는 쿠버네티스를 구성하는 컴포넌트들의 구성과 개념에 대해서 설명하도록 한다.