쿠버네티스(Kubernetes)는
- 컨테이너화된 애플리케이션의 배포, 확장, 운영을 자동화하기 위한 오픈소스 플랫폼으로,
- 클러스터(cluster)라는 단위로 구성됩니다.
- 클러스터는 크게 **마스터 노드(Master Node)**와 **워커 노드(Worker Node)**로 나뉘며, 각각의 역할과 구성 요소가 명확히 구분되어 있습니다.
아래에서 이 두 가지 구성 요소의 역할과 구성에 대해 자세히 정리해 보겠습니다.
1. 쿠버네티스 클러스터 개요
쿠버네티스 클러스터는 중앙 제어 역할을 수행하는 '마스터 노드'와 실제 애플리케이션이 실행되는 '워커 노드'로 구성됩니다.
- 마스터 노드
: 클러스터 전반의 상태를 관리하고, 스케줄링, 자원 배분, 상태 감시 등의 역할 - 워커 노드
: 컨테이너화된 애플리케이션(주로 파드 형태)을 실행하며,
: 네트워크, 저장소, 로드 밸런싱 등 다양한 리소스 관리 기능을 제공
이처럼 두 노드의 분업 체계를 통해 대규모의 컨테이너 운영이 가능해집니다.
2. 마스터 노드의 구성 및 역할
마스터 노드는 클러스터의 두뇌 역할을 하며, 여러 중요한 컴포넌트로 구성됩니다.
주요 구성 요소
- API 서버 (kube-apiserver)
클러스터 내부와 외부의 모든 요청이 이 API 서버를 통해 처리됩니다. 사용자 요청, 내부 컴포넌트 간의 통신 등 모든 작업의 진입점 역할을 하며, RESTful 인터페이스를 제공합니다. - 컨트롤러 매니저 (kube-controller-manager)
클러스터의 상태를 감시하고, 원하는 상태와 실제 상태 간의 차이를 조정하는 여러 컨트롤러(예: 노드 컨트롤러, 레플리케이션 컨트롤러 등)를 실행합니다. - 스케줄러 (kube-scheduler)
클러스터 내의 워커 노드에 파드를 배치할 때, 노드의 현재 리소스 상황과 파드의 요구 사항을 고려하여 최적의 노드를 선택하는 역할을 합니다. - etcd
클러스터의 모든 상태 정보를 저장하는 분산 키-값 저장소로, 클러스터 구성 및 상태 데이터가 여기서 관리됩니다.
이러한 구성 요소들은 서로 긴밀하게 연동되어 클러스터 전체의 안정성과 효율적인 자원 배분을 보장합니다.
3. 워커 노드의 구성 및 역할
워커 노드는 실제 애플리케이션 컨테이너가 실행되는 환경을 제공합니다. 각 워커 노드는 다음과 같은 주요 컴포넌트들로 구성됩니다.
주요 구성 요소
- kubelet
각 노드에서 실행되며, 마스터의 지시에 따라 파드를 생성, 삭제하고, 컨테이너의 상태를 모니터링하는 에이전트입니다. 노드의 상태를 주기적으로 마스터에 보고하여 클러스터 전체의 건강 상태를 유지합니다. - 컨테이너 런타임
실제 컨테이너를 실행하는 데 사용되는 소프트웨어로, Docker, containerd, CRI-O 등이 대표적입니다. 이 런타임은 컨테이너의 생성, 삭제, 실행 상태 관리를 담당합니다. - kube-proxy
네트워킹 컴포넌트로, 클러스터 내의 서비스 간 통신 및 로드 밸런싱을 지원합니다. 이를 통해 파드들 간의 통신이 원활하게 이루어지고, 외부 요청이 올바른 워커 노드로 전달됩니다.
워커 노드는 마스터가 배정한 파드들을 실행하고, 해당 파드의 상태를 지속적으로 보고함으로써 클러스터의 효율적인 운영을 지원합니다
5. 마스터와 워커 노드 간의 상호작용
마스터와 워커 노드는 서로 긴밀하게 통신하며, 전체 클러스터의 상태를 유지하고 조정합니다.
- 명령 전달 및 상태 모니터링
마스터는 API 서버를 통해 워커 노드에 명령을 전달하며, 각 워커 노드는 kubelet을 통해 해당 명령을 실행합니다. 이와 동시에 워커 노드는 자신의 상태를 마스터에 보고하여 클러스터의 전반적인 상태를 업데이트합니다. - 스케줄링과 자원 할당
스케줄러는 클러스터 내의 리소스 상황과 파드의 요구 사항을 분석하여, 어느 워커 노드에 파드를 배치할지 결정합니다. 이렇게 배치된 파드는 워커 노드에서 실행되며, 이후 kubelet이 이를 관리합니다.
이러한 상호작용은 쿠버네티스 클러스터의 안정성과 자동화를 가능하게 하며, 대규모 애플리케이션 운영에서 중요한 역할을 합니다
| 마스터 노드 | 1. API 서버 (kube-apiserver) |
- 모든 작업의 진입점 역할 : 클러스터 내부와 외부의 모든 요청이 이 API서버를 통해 처리됨 ex ) 사용자 요청, 내부 컴포넌트 간의 통신 등 - RESTful 인터페이스를 제공 |
| 2. 컨트롤러 매니저 (kube-controller-manager) |
- 클러스터의 상태를 감시하고, - 원하는 상태와 실제 상태간의 차이를 조정하는 여러 컨트롤러를 실행 ( ex. 노드 컨트롤러, 레플리케이션 컨트롤러 등 ) |
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| 3. 스케줄러 (kube-scheduler) |
- 클러스터 내의 워커 노드에 파드를 배치할 때, 노드의 현재 리소스 상황과 파드의 요구사항을 고려하여 최적의 노드를 선택하는 역할 |
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| 4. etcd | - 클러스터의 모든 상태 정보를 저장하는 분산 키-값 저장소로, - 클러스터 구성 및 상태 데이터가 여기서 관리됨 |
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| 워커 노드 | 1. kubelet | - 각 노드에서 실행되며, - 마스터의 지시에 따라 파드를 생성/삭제 및 상태 모니터링하는 에이전트 => 노드 상태를 마스터에 주기적 보고하여, 클러스터 전체 건강상태유지 |
| 2. 컨테이너 런타임 | - 실제 컨테이너를 실행하는데 사용되는 소프트웨어 ex) Docker, containerd, CRI-O 등이 대표적 - 런타임은 컨테이너의 생성 / 삭제 / 실행 상태관리를 담당함 |
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| 3. kube-proxy | - 네트워킹 컴포넌트로, - 클러스터 내의 서비스 간 통신 및 로드 밸런싱을 지원함. => 파드간의 통신을 원활하게 하고, 외부 요청을 올바른 워커노드로 전달 |
5. 실무 활용 및 예시
실제 운영 환경에서는 마스터와 워커 노드가 다음과 같이 활용됩니다.
- 고가용성(HA) 구성
마스터 노드는 단일 장애점(SPOF, Single Point Of Failure)이 되지 않도록 여러 대로 구성하는 것이 일반적입니다.
이를 통해 하나의 마스터 노드가 다운되더라도 클러스터 전체의 운영에 문제가 없도록 합니다. - 리소스 스케일링
워커 노드는 컨테이너의 수요에 따라 동적으로 추가하거나 제거할 수 있습니다. 예를 들어, 트래픽이 급증할 경우 새로운 워커 노드를 클러스터에 추가하여 부하를 분산시키고, 트래픽이 감소하면 불필요한 노드를 제거할 수 있습니다. - 네트워크 및 보안 관리
워커 노드의 kube-proxy는 내부 네트워크 통신을 관리하며, 네트워크 정책(Network Policy)을 통해 보안을 강화할 수 있습니다. 또한, 마스터는 클러스터 전체의 접근 제어와 인증, 권한 부여를 통해 보안성을 높입니다.
이와 같은 실무 적용 사례들은 쿠버네티스의 강력한 자원 관리와 자동화 기능을 잘 보여줍니다
6. 결론
쿠버네티스는 마스터와 워커 노드라는 두 가지 주요 구성 요소를 통해 컨테이너화된 애플리케이션의 배포 및 관리를 자동화합니다.
- 마스터 노드는 클러스터의 제어와 관리를 담당하며, API 서버, 컨트롤러 매니저, 스케줄러, etcd 등의 구성 요소로 이루어져 있습니다.
- 워커 노드는 실제 애플리케이션을 실행하며, kubelet, 컨테이너 런타임, kube-proxy 등을 포함하고 있습니다.
이러한 구조적 분업 덕분에 쿠버네티스는 높은 확장성, 유연성, 그리고 안정성을 보장할 수 있습니다. 클러스터의 각 구성 요소는 서로 협력하여 애플리케이션이 안정적으로 실행될 수 있도록 지원하며, 자동화된 관리 기능은 대규모 시스템 운영 시 큰 이점을 제공합니다
이처럼 쿠버네티스의 마스터와 워커 노드는 각각의 역할과 구성 요소를 통해 클러스터 전체의 효율적 운영과 관리, 안정적인 서비스 제공을 가능하게 합니다.