(K8S) 컨트롤 플레인 컴포넌트

이 글은 Mumshad Mannambeth가 강의한 Udemy의 Certified Kubernetes Administrator (CKA) with Practice Tests 강의 커리큘럼을 토대로 공부한 내용을 정리하였음을 밝힙니다.

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Kube-API Server란?

kube-apiserver는 쿠버네티스 API를 노출하는 컴포넌트로, 쿠버네티스에서 가장 중요한 역할을 담당한다. kube-apiserver는 클러스터로 요청이 왔을 때 해당 요청이 유효한지 검증하고, RESTful API를 이용하여 적절한 컴포넌트에서 요청을 처리할 수 있도록 전달하는 등 모든 과정의 중심 역할을 한다.

kube-api server는 kubectl 명령어가 들어왔을 때 다음을 관장한다.

• Authenticate User
  • 유저에 대한 인증
• Validate Request
  • 요청에 대한 유효성 검증
• Retrieve Data
  • ETCD로부터 요청에 대한 데이터를 가져옴
• Update ETCD
  • 데이터 변경 건에 대해서 ETCD를 업데이트 시켜줌
• Scheduler와의 통신
  • scheduler가 어떤 worker node에서 요청을 처리할지(예를 들어, 어디에 파드를 생성할지 등)를 결정하면 kube-apiserver에게 그 정보를 전송함
• Kubelet과의 통신
  • kube-api server는 적합한 worker node에 있는 kubelet에게 요청 처리에 대한 정보를 전송하면, kubelet이 요청을 해당 노드에서 처리함

ETCD란?

ETCD(엣시디)는 분산형 key-value 저장소로, 쿠버네티스의 기본 데이터 저장소다. 모든 쿠버네티스 클러스터 상태를 저장하는 일종의 데이터베이스인 것이다. 예를 들어, ETCD 데이터 저장소는 노드, 파드, configs, secrets, accounts, roles, bindings 등 클러스터에 관한 전반적인 정보를 저장한다. 따라서 쿠버네티스에서 어떤 노드를 추가한다거나, 파드 또는 레플리카셋을 배포하는 등 클러스터에서 발생하는 모든 변화들에 따라 ETCD의 상태가 변화된다.

ETCD에 저장된 데이터는 반드시 kube-apiserver를 통해서만 접근할 수 있다. 예를 들어, kubectl get pods와 같은 명령어를 실행하면, kube-apiserver에 요청이 전달되고, kube-apiserver가 ETCD 데이터를 읽어와 kubectl 사용자에게 결과를 반환하게 된다.

ETCD 설치 : 클러스터를 처음부터 구축하는 경우

ETCD binaries를 master node에 직접 다운로드 받고, binaries를 설치하고 설정을 하는 등 밑바닥부터 ETCD를 구축해야 한다. etcd.service를 살펴보면 --advertise-client-urls https://${INTERNAL_IP}:2379$\\ 라인이 있는데, 2379는 ETCD의 default port이다. 여기서의 URL은 kube-apiserver에 설정되어야 하는데, 그래야만 클러스터의 오케스트레이션을 최종적으로 담당하는 kube-apiserver가 ETCD 서버에 접근할 수 있다.

ETCD 설치 : 클러스터를 kubeadm tool을 통해서 구축하는 경우

kubeadm으로 클러스터를 구축하는 경우, kubeadm이 알아서 ETCD 서버를 파드(pod)의 형태로 kube-system 네임스페이스에 배포해준다. 이 파드 안에 있는 etcdctl utility를 이용하면 ETCD 데이터베이스를 직접 둘러볼수도 있다.

kubectl get pods -n kube-system

NAMESPACE   NAME        READY STATUS  RESTART AGE
... 생략 ...
kube-system etcd-master 1/1   Running 0       1h
... 생략 ...

고가용 환경에서는 master node 자체가 여러 개일 것이다. 이때는 ETCD 인스턴스가 여러 master node에 골고루 존재할 것이다. 이 경우, ETCD service configuration을 통해서 적합한 파라미터를 세팅함으로써 ETCD 인스턴스가 서로를 알 수 있도록 해야한다. 예를 들어, --initial-cluster controller-0=https://${CONTROLLER0_IP}:2380,controller-1=https://${CONTROLLER1_IP}:2380와 같이 설정해야 한다.

Kube-Controller-Manager란?

kube-controller-manager는 쿠버네티스에 있는 다양한 컨트롤러(controller)들을 관리하는 컴포넌트다.

컨트롤러는 클러스터의 상태를 지속적으로 관찰하며 현재의 상태를 원하는(desired) 상태로 변경시키는 역할을 한다. 대표적으로 노드 컨트롤러, 레플리케이션 컨트롤러가 있다. 예를 들어, 노드 컨트롤러의 경우, kube-apiserver를 통해서 매 5초마다 노드를 모니터링하며, 애플리케이션이 계속 실행될 수 있도록 조치를 취한다. 즉, 노드로부터 마치 심장박동(heartbeat)같은 상태 정보를 받는데, 상태 정보가 끊기면 UNREACHABLE 표기를 한다. UNREACHABLE 상태가 수 초간 유지되면 해당 노드의 파드를 제거하고 건강한 노드에 provision 한다. 레플리케이션 컨트롤러의 경우, replicaset을 모니터링하여 원하는 수량 만큼의 파드가 잘 실행되고 있는지를 보장한다. 만약 파드가 죽으면 복구해낸다. 이외에도 컨트롤러는 엔드포인트 컨트롤러, 서비스 어카운트 & 토큰 컨트롤러 등 다양하게 존재한다.

kube-controller-manager는 위와 같은 컨트롤러들을 실행하고 관리한다.

Kube Scheduler란?

쿠버네티스 클러스터는 여러 노드로 구성되어 있다. kube-scheduler는 새로운 파드들이 만들어질 때, 현재 클러스터 내에서 자원 할당이 가능한 최적의 노드에 파드가 배포되도록 스케줄링하는 역할을 수행한다. kube-scheduler는 스케줄링을 위해 특정한 CPU나 메모리 리소스에 대한 요구사항이라든지 각종 제약사항을 종합적으로 판단한다.

참고 문헌

[1] Mumshad Mannambeth의 강의 : Certified Kubernetes Administrator (CKA) with Practice Tests
[2] 시작하세요! 도커/쿠버네티스 (용찬호 지음) : 시작하세요! 도커/쿠버네티스
[3] 아리수 님의 블로그 : 쿠버네티스(kubernetes) 구성요소
[4] Samsung SDS 블로그 : 쿠버네티스 알아보기 3편: 쿠버네티스를 이루고 있는 여러 가지 구성 요소
[5] 쿠버네티스 공식 documentation : 쿠버네티스 컴포넌트