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쿠버네티스를 배포하면 클러스터가 생성된다.

쿠버네티스 클러스터는 컨테이너화된 애플리케이션을 실행하는 노드라고 하는 워커 머신의 집합으로, 모든 클러스터는 최소 한 개 이상의 워커 노드를 가진다.

워커 노드는 애플리케이션의 구성요소인 파드를 호스트한다. 컨트롤 플레인은 워커 노드와 클러스터 내에서 호스팅되는 파드를 관리한다. 프로덕션 환경에서는 일반적으로 컨트롤 플레인이 여러 컴퓨터에 걸쳐 실행되고, 클러스터는 일반적으로 여러 노드위에서 구성됨으로 내결함성과 고가용성을 지원한다.

컨트롤 플레인 컴포넌트

컨트롤 플레인 컴포넌트는 클러스터에 관한 전반적인 결정(예를 들어, 스케줄링)을 수행하고 클러스터 이벤트(예를 들어, 디플로이먼트의 replicas 필드에 대한 요구 조건이 충족되지 않을 경우 새로운 파드를 구동시키는 것)를 감지하고 필요한 기능을 수행한다.

컨트롤 플레인 컴포넌트는 클러스터 내 아무 머신에서든지 동작할 수 있다. 그러나 간결성을 위하여 구성 스크립트는 보통 동일 머신 상에 모든 컨트롤 플레인 컴포넌트를 구동시키고, 사용자 컨테이너는 해당 머신 상에 동작시키지 않는다. 

kube-apiserver

API 서버는 쿠버네티스 API를 노출하는 컴포넌트로 쿠버네티스 컨트롤 플레인의 프론트 엔드이다.

쿠버네티스 API 서버의 구현물은 kube-apiserver 이고 수평으로 확장되도록 디자인되었다. 즉, 더 많은 인스턴스를 배포해서 확장할 수 있다. 여러 kube-apiserver 인스턴스를 실행하고, 인스턴스간의 트래픽을 균형있게 조절한다.

etcd

모든 클러스터 데이터를 담는 쿠버네티스 뒷단의 저장소로 사용되는 일관성·고가용성을 지원하는 키-벨류 스토어이다. 이를 사용하는 경우 이 데이터를 백업하는 계획은 필수로 수행되어야한다.

kube-scheduler

노드가 배정되지 않은 새로 생성된 파드를 감지하고, 실행할 노드를 선택하는 컴포넌트로, 스케줄링 결정을 위해서 고려되는 요소는 리소스에 대한 개별 및 총체적 요구 사항, 하드웨어/소프트웨어/정책적 제약, 어피니티(affinity) 및 안티-어피니티(anti-affinity) 명세, 데이터 지역성, 워크로드-간 간섭, 데드라인을 포함한다.

kube-controller-manager

컨트롤러 프로세스를 실행하는 컨트롤 플레인 컴포넌트로, 논리적으로 각 컨트롤러는 분리된 프로세스이지만, 복잡성을 낮추기 위해 모두 단일 바이너리로 컴파일되고 단일 프로세스 내에서 실행된다.

컨트롤러 종류는 아래와 같다.

• Node controller: 노드가 다운되었을 때 통지와 대응에 관한 책임을 가진다.
• Replication controller: 시스템의 모든 레플리케이션 컨트롤러 오브젝트에 대해 알맞은 수의 파드들을 유지시켜 주는 책임을 가진다.
• Endpoints controller: 서비스와 파드를 연결시킨다.
• Service Account & Token controllers: 새로운 네임스페이스에 대한 기본 계정과 API 접근 토큰을 생성한다.

cloud-controller-manager

클라우드별 컨트롤 로직을 포함하는 컴포넌트로, 클라우드 컨트롤러 매니저를 통해 클러스터를 클라우드 공급자의 API에 연결하고, 해당 클라우드 플랫폼과 상호 작용하는 컴포넌트와 클러스터와만 상호 작용하는 컴포넌트를 구분할 수 있게 해 준다.

cloud-controller-manager 는 클라우드 제공자 전용 컨트롤러만 실행한다. 회사의 사내 또는 PC 내부의 학습 환경에서 쿠버네티스를 실행 중인 경우 클러스터에는 클라우드 컨트롤러 매니저가 없다.

kube-controller-manager 와 마찬가지로 cloud-controller-manager 는 논리적으로 독립적인 여러 컨트롤 루프를 단일 프로세스로 실행하는 단일 바이너리로 결합한다. 수평으로 확장(두 개 이상의 복제 실행)해서 성능을 향상시키거나 장애를 견딜 수 있다.

다음 컨트롤러들은 클라우드 제공 사업자의 의존성을 가질 수 있다.

• Node controller: 노드가 응답을 멈춘 후 클라우드 상에서 삭제되었는지 판별하기 위해 클라우드 제공 사업자에게 확인한다.
• Route controller: 기본 클라우드 인프라에 경로를 구성한다.
• Service controller: 클라우드 제공 사업자 로드밸런서를 생성, 업데이트 그리고 삭제한다.

노드 컴포넌트

노드 컴포넌트는 동작 중인 파드를 유지시키고 쿠버네티스 런타임 환경을 제공하며 모든 노드 상에서 동작한다.

kubelet

클러스터의 각 노드에서 실행되는 에이전트로, 파드에서 컨테이너가 확실하게 동작하도록 관리한다.

Kubelet 은 다양한 메커니즘을 통해 제공된 파드 스펙(PodSpec)의 셋을 받아서 컨테이너가 해당 파드 스펙에 따라 정상 동작하는 것을 수행한다. Kubelet 은 쿠버네티스를 통해 생성되지 않는 컨테이너는 관리하지 않는다.

kube-proxy

kube-proxy 는 클러스터의 각 노드에서 실행되는 네트워크 프록시로, 쿠버네티스의 서비스 개념의 구현부이다.

kube-proxy 는 노드의 네트워크 규칙을 유지하고 관리한다. 이 네트워크 규칙이 내부 네트워크 세션이나 클러스터 바깥에서 파드로 네트워크 통신을 할 수 있도록 해준다.

kube-proxy 는 운영 체제에 가용한 패킷 필터링 계층이 있는 경우 이를 사용하고, 그렇지 않으면 kube-proxy 는 트래픽 자체를 포워드(forward)한다.

Container runtime

컨테이너 런타임은 컨테이너 실행을 담당하는 소프트웨어로, 쿠버네티스는 containerd, CRI-O 와 같은 컨테이너 런타임 및 모든 Kubernetes CRI (컨테이너 런타임 인터페이스) 구현체를 지원한다.

애드온

애드온은 쿠버네티스 리소스(데몬셋, 디플로이먼트 등)를 이용하여 클러스터 기능을 구현한다. 이들은 클러스터 단위의 기능을 제공하기 때문에 애드온에 대한 네임스페이스 리소스는 kube-system 네임스페이스에 속한다.

DNS

다른 애드온들은 절대적으로 요구되지 않지만, 많은 예시에서 필요로 하기 때문에 모든 쿠버네티스 클러스터는 클러스터 DNS 를 갖추어야만 한다.

클러스터 DNS 는 구성환경 내 다른 DNS 서버와 더불어, 쿠버네티스 서비스를 위해 DNS 레코드를 제공해주는 DNS 서버다. 쿠버네티스에 의해 구동되는 컨테이너는 DNS 검색에서 이 DNS 서버를 자동으로 포함한다.

Web UI (dashboard)

대시보드는 쿠버네티스 클러스터를 위한 범용의 웹 기반 UI 이다. 사용자가 클러스터 자체뿐만 아니라, 클러스터에서 동작하는 애플리케이션에 대한 관리와 문제 해결을 할 수 있도록 해준다.

Container resource monitoring

컨테이너 리소스 모니터링은 중앙 데이터베이스 내의 컨테이너들에 대한 포괄적인 시계열 매트릭스를 기록하고 그 데이터를 열람하기 위한 UI 를 제공한다.

Cluster-level logging

클러스터-레벨 로깅 메커니즘은 검색/열람 인터페이스와 함께 중앙 로그 저장소에 컨테이너 로그를 저장하는 책임을 가진다.