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기술이야기 엣지 컴퓨팅을 위한 CNCF 프로젝트, KubeEdge 활용법 기술이야기 엣지 컴퓨팅을 위한 CNCF 프로젝트, KubeEdge 활용법 최근 몇 년 간 IT 분야는 급속한 발전을 거듭하고 있습니다. 특히 2010년대 중반부터 데이터를 온라인에 저장하는 기존 방식을 넘어서, 보다 진보된 컴퓨팅 기술이 등장하며 클라우드 컴퓨팅이 중요한 역할을 하게 되었습니다. 아마존 웹 서비스(AWS), 마이크로소프트(Microsoft), 구글(Google) 등의 대형 기업들이 클라우드 서비스를 주도해 나갔죠. 하지만 점점 IT 산업이 커지고 사물인터넷(IoT) 기술이 발전하면서 IT 장비에서 생성되는 데이터양이 기하급수적으로 많아졌습니다. IDC의 2018년 자료에 따르면, 2025년에는 전 세계에서 생성되는 데이터가 175ZB(*제타바이트1)에 도달할 예정이라고 합니다. 이처럼 수많은 데이터가 생성되고 중앙 서버에 저장/연산이 될 경우, 서버에 부하가 증가하는 문제가 발생하게 됩니다. *1. 1 ZB = 1021 bytes = 1,000,000,000,000,000,000,000 bytes 이를 해결하기 위해 2020년부터 중앙 서버에만 저장하지 않고, 클라우드 하위개념인 '클라우드렛'을 통해 데이터를 분산 처리하는 새로운 기술이 등장했는데요. 그 기술이 바로 엣지 컴퓨팅(Edge Computing)입니다. │엣지 컴퓨팅(Edge Computing)이란? 엣지 컴퓨팅은 데이터를 중앙 집중형 데이터 센터나 클라우드 대신, 데이터가 생성되는 가장 가까운 곳에서 처리하는 기술입니다. 쉽게 말해 중앙 서버가 아닌 데이터가 발생하는 '엣지(가장자리)'에서 직접 처리하는 것을 의미하죠. 엣지 컴퓨팅의 목적은 데이터 처리 응답 지연을 없애고, 실시간 성능을 개선하는 것입니다. 따라서 엣지 컴퓨팅의 가장 큰 특징이 '분산 처리 기능'이기도 합니다. 즉 가까운 곳에서 데이터를 처리하여, 부하를 분산하고, 통신 지역을 최소화하는 것이 엣지 컴퓨팅의 주목적입니다. │Edge Computing 필요성 그렇다면 엣지 컴퓨팅은 왜 점점 중요해지고 있을까요? 앞에서 언급했던 것처럼, IoT 시대가 도래하면서 다양한 디바이스에서 처리하는 데이터의 양이 폭발적으로 증가하고 있습니다. 이에 따라 요구되는 처리 속도와 응답 속도도 높아지고 있죠. 방대한 양의 데이터를 처리하기 위해서는 대규모 데이터 센터가 필요하지만, 각 위치에 데이터 센터를 두는 것보다 한 곳에서 중앙 집중식으로 처리하는 것이 더 효율적입니다. 이것이 클라우드 컴퓨팅이 대중화된 이유 중 하나입니다. 그러나 인터넷을 통해 클라우드로 데이터를 전송하고 처리한 후 반환할 때, 약간의 시간 지연이 발생합니다. 물론 로봇과 산업 장비의 센서 기술은 나날이 발전하고 있어, 어느 순간에도 상황을 정확하게 파악할 수 있게 되었습니다. 하지만 데이터 처리와 반응 사이에 시간 지연이 발생하면 정교한 *센싱 기술2 은 아직 어려운 편이죠. *2. 센싱 기술: 다양한 센서를 활용해 물리적 환경으로부터 데이터를 감지하고 수집하는 기술 이처럼 정밀하고 복잡한 동작을 수행하는 디바이스에는 고정밀 IoT가 필요한데요. 이를 위해서는 최대한 실시간에 가깝게 정보와 데이터를 주고받아야 하는데, 엣지 컴퓨팅가 이를 가능하게 합니다. 따라서 엣지 컴퓨팅은 IoT가 다음 단계로 나아가기 위해 필요한 기술로 주목받고 있죠. │Edge Computing 장점 엣지 컴퓨팅의 구체적인 이점은 무엇일까요? 엣지 컴퓨팅을 활용하면 얻을 수 있는 이점을 살펴보겠습니다. • 네트워크 트래픽 감소: 엣지 컴퓨팅은 데이터를 중앙 클라우드 서버로 보내지 않고 엣지(사용자 근처 단말기)에서 직접 처리하기 때문에, 네트워크 트래픽이 큰 폭으로 감소합니다. • 빠른 데이터 처리 응답시간: 데이터를 단말기에서 바로 처리하므로, 데이터 처리 응답 시간이 매우 빠릅니다. 실시간 응답이 중요한 애플리케이션에서는 큰 이점이죠. • 향상된 보안성: 개인정보 등 중요한 데이터를 중앙 데이터 센터로 전송하지 않아도 되므로 보안성이 높아집니다. 데이터가 로컬에서 처리되기 때문에 데이터 유출 위험이 줄어듭니다. • 장애 포인트 감소: 서버에 장애가 발생할 경우, 전체 서비스로 장애가 확대되는 클라우드 컴퓨팅과 달리 엣지 컴퓨팅은 개별 엣지의 장애가 다른 엣지로 전파되지 않게 합니다. 따라서 전체 시스템의 안정성이 향상되고 장애 포인트가 감소됩니다. │Edge Computing 활용 분야 엣지 컴퓨팅 활용분야는 다양하지만, 대표적인 엣지 컴퓨팅 적용사례로 스마트팩토리가 있습니다. 스마트 팩토리는 IoT, AI를 활용해 공정을 자동화하고 최적화하는 공장을 의미하는데요. 스마트팩토리에서는 제품 생산 과정에서 발생하는 모든 데이터를 중앙 클라우드 서버에 저장하면, 서버에 부하가 걸리기 쉽습니다. 이를 해결하기 위해 단순히 매일 반복되는 프로세스는 근처 엣지서버에 저장하고 데이터 연산 작업을 진행하죠. 반면 복잡하고 자주 처리되지 않는 데이터는 중앙 클라우드 서버에 저장합니다. 이렇게 하면 AI가 기기를 운영할 때 실시간 데이터 처리가 가능하여 지연 시간을 줄이고 효율성을 높일 수 있습니다. 여기서 엣지 서버는 지사 개념으로, 중앙 클라우드 서버는 본사 개념으로 이해할 수 있습니다. 엣지 컴퓨팅 활용 분야는 계속해서 확대되고 있습니다. 스마트팩토리 외에도 에너지 스트리밍, 게임, 헬스케어, 농업, 데이터센터, 자율주행, 스마트 시티 등 대규모 산업분야에 많이 사용되고 있습니다. │Edge Computing 도전 과제 하지만 엣지 컴퓨팅 기술에는 여러 도전과제가 있는데요, 대표적으로 애플리케이션 배포관리가 있습니다. 다양한 엣지 환경에서 애플리케이션을 배포하고 관리하는 것은, 생각만 해도 복잡한 프로세스이기 때문이죠. 이때 애플리케이션 버전 관리를 일관되게 하고 다양한 엣지 장치와 위치에서 호환성을 유지하려면, 효율적인 오케스트레이션 배포 시스템이 필요합니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 여러 솔루션들이 연구되고 있는데요. 그중 하나가 쿠버네티스(Kubernetes, K8s)입니다. 쿠버네티스는 컨테이너화된 애플리케이션을 자동 배포하고, 확장하며, 관리하기 위한 오픈 소스 플랫폼입니다. 이때 쿠버네티스 기술에 + Edge를 접목한 것이 바로 KubeEdge입니다. 좀 더 자세히 알아볼까요? │KubeEdge란? KubeEdge는 쿠버네티스를 확장하여 엣지 컴퓨팅 환경을 지원하는 오픈 소스 플랫폼입니다. 엣지 컴퓨팅의 잠재력을 최대한 활용할 수 있는 플랫폼이죠. KubeEdge는 클라우드 컴퓨팅과 엣지 컴퓨팅의 경계를 허물기 위해 설계되었는데요. CNCF 재단에서 엣지 컴퓨팅 커뮤니티 구성원에 의해 개발되었고, 2018년 11월 상하이 KubeCon에서 처음 발표되었습니다. 쿠버네티스 기반으로 설계된 KubeEdge는, 2019년 3월에 첫 릴리즈 이후로 점차 안정화되고 있습니다. │KubeEdge 주요 기능 KubeEdge는 쿠버네티스를 사용해 클라우드와 엣지 리소스를 일관되게 관리할 수 있습니다. 또한 클라우드에서 운영하던 애플리케이션과 서비스를 동일한 방식으로 다룰 수 있죠. 이 밖에도 KubeEdge 주요 기능은 다음과 같습니다. • 엣지 클러스터 관리: KubeEdge는 엣지 환경에서도 쿠버네티스 클러스터를 효율적으로 관리할 수 있습니다. • 데이터 처리: 엣지에서 생성된 데이터를 로컬에서 처리하여, 네트워크 대역폭을 절약하고 응답 시간을 단축합니다. • 애플리케이션 오케스트레이션: 클라우드와 유사한 방식으로 엣지 애플리케이션을 배포하고 관리할 수 있습니다. • 보안: 엣지와 클라우드 간의 안전한 통신을 보장하여, 데이터 보안을 강화합니다. │KubeEdge 주요특징 KubeEdge 기능이 좀 더 원활하게 작업을 할 수 있도록 도와주는 주요 특징이 있는데요. 자세히 살펴보겠습니다. • 분산 아키텍처: KubeEdge는 클라우드와 엣지를 각각 포함하는 분산된 환경을 지원합니다. 클라우드에는 Kube-apiserver가 있으며, 엣지에는 실제 IoT 디바이스가 있습니다. 이를 통해 중앙 집중식 관리와 로컬 처리를 모두 가능하게 합니다. • 쿠버네티스 API 호환성: KubeEdge는 쿠버네티스 API와 호환됩니다. 이를 통해 기존에 쿠버네티스에 익숙한 사용자는 엣지 컴퓨팅 환경을 쉽게 관리할 수 있죠. • 리소스 제약 환경 지원: 엣지 디바이스는 일반적으로 제한된 컴퓨팅 자원을 가지고 있습니다. KubeEdge는 이러한 환경을 고려하여 설계되었기 때문에, 리소스가 제한된 환경에서도 효율적으로 작동합니다. • 오프라인 작동 지원: 엣지 노드는 네트워크에 연결되어 있지 않더라도, 일정 부분을 독립적으로 작동할 수 있습니다. 이는 인터넷 연결이 불안정한 환경에서 매우 유용합니다. • 경량화된 엣지 컴포넌트: KubeEdge는 엣지 측에 'EdgeCore'라는 경량화된 컴포넌트를 사용합니다. EdgeCore는 IoT 디바이스와의 통신/관리를 담당합니다. • 효율적인 통신: 클라우드와 엣지 사이의 통신은 *MQTT3와 같은 프로토콜을 사용하여 효율적으로 이루어집니다. 이는 데이터의 신속한 전송과 처리를 가능하게 합니다. *3. MQTT: Message Queuing Telementry Transport의 약자로 경량 메시지 전송 프로토콜 │KubeEdge 구성도 KubeEdge 구성도를 살펴보면 크게 Cloud, Edge, Device로 나누어져 있는데요. 각각 구성요소에 대한 설명은 아래와 같습니다. • Edged: Edge에서 컨테이너화된 애플리케이션을 관리합니다. 이는 엣지 디바이스에서 애플리케이션을 배포하고 실행하는 역할을 합니다. • EdgeHub: Edge에 위치한 통신 인터페이스 모듈로, 엣지 컴퓨팅을 위해 클라우드 서비스와 상호 작용하는 *웹 소켓4 클라이언트입니다. 클라우드와 실시간 데이터 통신을 담당합니다. • CloudHub: 클라우드에서의 통신 인터페이스 모듈입니다. 클라우드 측의 변경 사항을 감시하고, EdgeHub에 메시지를 캐싱하고 보내는 역할을 담당하는 웹 소켓 서버입니다. • Edge Controller: Edge 노드를 관리하는 모듈입니다. 이 모듈은 데이터를 특정 엣지 노드로 전달될 수 있도록, 엣지 노드와 포드 *메타데이터5를 관리합니다. 즉 Edge Controller는 쿠버네티스 컨트롤러 역할을 확장하여, 엣지 컴퓨팅 환경에서도 효율적인 노드 관리와 데이터 흐름을 가능하게 합니다. • EventBus: MQTT를 사용하여 내부 엣지 통신을 처리하는 모듈입니다. 이는 MQTT 서버와 상호 작용하여 다른 구성 요소에 게시와 구독 기능을 제공하는 MQTT 클라이언트 역할을 합니다. • Device Twin: 장치 메타 데이터를 처리하는 장치용 소프트웨어 미러입니다. 이 모듈은 장치 상태를 처리하고 이를 클라우드에 동기화하는 데 도움을 줍니다. 또한 경량 데이터베이스(SQLite)에 연결되어, 애플리케이션에 대한 쿼리 인터페이스도 제공합니다. • MetaManager: Edge 노드에서 메타데이터를 관리하는 모듈입니다. 이는 Edged와 EdgeHub 사이의 메세지 프로세서로, 경량 데이터베이스(SQLite)와의 메타데이터를 저장/검색하는 역할을 담당합니다. *4. 웹 소켓: 웹 브라우저와 서버 간의 실시간 양방향 통신을 가능하게 하는 프로토콜 *5. 포드 메타데이터: 파일 원본 데이터 외에 추가적인 속성이나 정보를 포함하는 메타데이터 이러한 각 구성 요소는 엣지와 클라우드 간의 원활한 통신, 애플리케이션 배포, 데이터 관리 등을 담당하여 엣지 컴퓨팅의 성능과 효율성을 극대화합니다. 이를 통해 실시간 데이터 처리와 안정적인 시스템 운영이 가능하죠. │엣지 컴퓨팅과 KubeEdge 미래 전망 그렇다면 엣지컴퓨팅과 KubeEdge 미래 전망은 어떨까요? 엣지 컴퓨팅과 KubeEdge의 결합은 데이터 생성 지점에서 즉시 처리를 가능하게 하여 지연 시간을 줄이고, 클라우드 네이티브 애플리케이션을 엣지 환경에서도 원활하게 실행할 수 있도록 지원합니다. 따라서 이러한 기술의 결합은 5g와 함께 자율주행차, 스마트 시티 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌며, 향후 지속적인 성장이 예상됩니다. IDC에 따르면, 전 세계 엣지 컴퓨팅 지출은 2023년 2080억 달러에서 2026년까지 연평균 13.1%씩 성장하여 3170억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 이러한 성장은 디지털 전환 이니셔티브의 중요한 요소로 엣지 컴퓨팅의 역할이 확대되면서 더욱 가속화될 예정입니다. 국내에서도 엣지 컴퓨팅과 관련한 기술 발전과 시장 확장이 활발히 이루어지고 있습니다. 정부가 민간사업에게 5G 주파수를 할당하면서 이음 5G(5G 특화망) 서비스가 시작되었고, 이를 통해 자율 주행 로봇 등의 엣지 컴퓨팅 관련 서비스가 확대되고 있습니다. 결론적으로 엣지 컴퓨팅과 KubeEdge의 결합은, 미래의 디지털 트랜스 포메이션을 가속화할 핵심 기술로 자리 잡을 것으로 전망하고 있습니다. 이들의 발전은 다양한 산업 분야에서 새로운 비즈니스 모델과 기회를 창출하여, 우리의 생활 방식을 더욱 안전하고 편리하게 만들어 줄 것입니다. ?참고 자료 • MichaelShirer, "New IDC Spending Guide Forecasts Edge Computing Investments Will Reach $232 Billion in 2024", IDC • GordonHaff, "Edge computing: 4 trends for 2023", enterprisersproject • ShirleyStark, "Future Of Edge Computing: Top 6 Trends 2023", justtotaltech • TonyFyler, "Edge computing trends in 2023", techhq • Bluefriday, "KubeEdge concept", tistory • Mansoor Ahmed, "Kubernetes Native Edge Computing Framework, KubeEdge", linkedin • "TDK의 고급 HDD 헤드 기술은 사회의 디지털 변혁을 가속화합니다", shunlongwei • 양대규기자, 엣지에서 AI와 시각적 처리가 증가하는 이유, aitimes 2024.07.26
기술이야기 쿠버네티스(K8s) 모니터링에서 가장 중요한 두 가지?! 기술이야기 쿠버네티스(K8s) 모니터링에서 가장 중요한 두 가지?! 2022년 CNCF의 연간 조사에 따르면 전 세계 기업의 96%가 쿠버네티스를 활용 중이거나 활용을 고려 중인 것으로 나타났습니다. 또한 가트너는 쿠버네티스(Kubernetes, K8s) 시장의 규모가 올해 1조 2천억 원대를 돌파할 것으로 내다봤습니다. 이처럼 쿠버네티스가 '대세'로 자리 잡고 있는 가운데, 쿠버네티스 활용에 대한 어려움을 겪는 기업도 많아지고 있습니다. 클러스터 내의 리소스 할당/운영과 쿠버네티스 콘솔(대시보드)의 구성이 가장 큰 어려움으로 꼽히는데요, 이러한 어려움을 극복하기 위한 첫 번째 조건은 바로 올바른 '쿠버네티스 모니터링'입니다. 효과적이고 올바른 쿠버네티스 모니터링을 위해선 두 가지를 '꼭' 기억해야 하는데요, 지금부터 그 두 가지를 자세히 알아보겠습니다. ㅣ올바른 쿠버네티스 모니터링을 위한 두 가지 조건 첫 번째, 쿠버네티스의 주요 항목을 한눈에 볼 수 있어야 합니다 쿠버네티스 환경은 규모가 크고 동적이며 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 그렇기 때문에 리소스 사용률, 에러 로그 등의 중요 정보를 실시간으로 파악할 수 있어야 합니다. 따라서 쿠버네티스 모니터링을 효과적으로 수행하기 위해 첫 번째로 기억해야 할 것은 '쿠버네티스 환경을 한 화면에서 종합적으로 볼 수 있어야 한다는 점'입니다. 우선 종합적인 모니터링을 통해 리소스 사용률, 트래픽 패턴 등의 중요 정보를 실시간으로 파악할 수 있어 문제 발생 시 빠르게 원인을 진단하고 해결할 수 있습니다. 또한 쿠버네티스 운영의 핵심은 효율적인 리소스 관리인데, 종합적인 모니터링을 통해 리소스 낭비를 줄이고 애플리케이션의 성능을 최적화할 수 있습니다. 이와 더불어 시스템의 이상 유무를 지속적으로 모니터링함으로써, 예기치 않은 다운타임 등의 오류를 방지할 수도 있죠. 따라서 쿠버네티스 모니터링 솔루션에는 각 구성요소들 간의 관계와 영향도를 '한 눈'에 파악할 수 있는 모니터링 View가 반드시 필요합니다. 더불어 쿠버네티스 환경을 관리하는 운영자나 조직마다 중요하게 생각하는 데이터 지표가 다릅니다. 때문에 운영자가 자신의 필요에 따라 모니터링 화면을 자유롭게 구성할 수 있다면, 더욱 효과적으로 시스템을 관리할 수 있습니다. [그림1] (왼) 클러스터 상세 모니터링 View, (중) 클러스터 메인 모니터링 View, (오) 주요 Service 모니터링 View 더 자세한 설명을 위해 제니우스(Zenius)의 쿠버네티스 모니터링 솔루션인 Zenius-K8s을 예로 살펴보겠습니다. 우선 [그림1]에 나와있는 것처럼 쿠버네티스 모니터링 솔루션은 여러 클러스터 현황을 한눈에 확인할 수 있는 요약 뷰를 제공해야 합니다. 이를 통해 클러스터의 상세한 현황과 노드, 파드, 컨테이너, 서비스 등을 통합적으로 모니터링할 수 있기 때문이죠. 이러한 기능은 운영자로 하여금 시스템 전반에 대한 신속한 이해를 가능하게 하고, 업무 효율성을 크게 높여줍니다. [그림2] (왼) Zenius-K8s 운영현황 오버뷰 (오) 사용자가 직접 정보를 구성할 수 있는 컴포넌트 수정창 여기에 더해서 Zenius-K8s처럼 쿠버네티스 주요 데이터 지표를 '사용자 관제 목적'에 따라 자유롭게 구성이 가능하고 가시성 높은 다양한 차트와 컴포넌트를 포함한 오버뷰를 제공한다면, 더욱더 성공적인 쿠버네티스 활용이 가능해집니다. 두 번째, 클러스터 별로 상세한 성능을 확인할 수 있어야 합니다 효과적이고 올바른 쿠버네티스 모니터링을 위한 두 번째 조건은, '클러스터 별로 상세한 성능을 확인할 수 있어야 한다는 것'입니다. 특히 쿠버네티스 환경을 관리하고 최적화함에 있어서 핵심적인 역할을 하는 클러스터 현황(노드, 파드, 컨테이너), 성능 지표(CPU 사용량, Memory 사용량), 이벤트 현황을 연관 지어 직관적으로 모니터링할 수 있어야 합니다. 이를 통해서 운영자는 클러스터의 전반적인 상태를 실시간으로 모니터링하고, 발생 가능한 문제를 조기에 식별하여 시스템의 안정성과 성능을 지속적으로 높일 수 있기 때문이죠. 또한 클러스터의 각 구성 요소가 서로 다른 역할을 수행하기 때문에 각 노드, 파드, 컨테이너별로 상세히 모니터링하는 것도 매우 중요합니다. [그림3] 클러스터 별 상세정보 요약 뷰 지금 살펴본 내용을 Zenius-K8s 예시 화면을 통해 다시 한번 되짚어 보겠습니다. 먼저 위 [그림3]에서 보이는 것처럼 주요 클러스터 현황(노드, 파드, 컨테이너 등), 주요 성능 지표(CPU, Memory 사용률 등), 이벤트 현황 등을 한 화면에서 확인할 수 있는 요약 뷰가 있어야 합니다. [그림4] Zenius-K8s 토폴로지 맵 특히, Zenius-K8s의 경우 수집한 데이터를 기반으로 자동으로 각 구성요소 간의 연관관계와 서비스 상태를 토폴로지 맵(Topolgy Map) 형태로 구성할 수 있습니다. 또한 다양한 조회 기준(노드, 네임스페이스, 서버)과 상세 정보 조회 기능을 제공하고 있죠. 쿠버네티스 모니터링 솔루션에는, 직관적이고 효율적인 모니터링을 위해 반드시 위와 같은 기능이 포함되어 있어야 합니다. [그림5] 노드(Node) 별 상세 모니터링 [그림6] 파드(Pod) 별 상세 모니터링 [그림7] 컨테이너(Container) 별 상세 모니터링 마지막으로 위의 Zenius-K8s의 예시 화면들처럼, 클러스터 내 각각의 구성요소에 대한 상세한 모니터링이 필요합니다. 이를 통해 산재된 데이터에 대한 효율적인 관리가 가능하기 때문이죠. 。。。。。。。。。。。。 지금까지 성공적인 쿠버네티스 모니터링을 위한 두 가지 조건을 살펴봤습니다. 쿠버네티스의 활용도와 중요성이 더 커지는 가운데, 운영의 안정성과 효율성을 높여주는 쿠버네티스 모니터링 솔루션 도입은 이제 선택이 아닌 필수가 되었습니다. 쿠버네티스 현황을 한눈에 볼 수 있고, 세부 요소를 세밀하게 들여다볼 수 있는 모니터링 솔루션을 통해서 성공적으로 쿠버네티스를 활용하시기 바랍니다. 2024.04.05
기술이야기 Helm과 Argo의 개념과 통합 활용법?! 기술이야기 Helm과 Argo의 개념과 통합 활용법?! 애플리케이션을 클라우드 네이티브 환경에서 효율적으로 관리하고 운영할 수 있는 플랫폼인 쿠버네티스(kubernetes)를 활용하는 기업들이 점점 더 늘어나고 있습니다. 이에 따라 효율적인 애플리케이션 관리를 통해 패키징 배포, 관리를 자동화하고 일관된 상태를 유지하는 것이 중요해지고 있습니다. 이번 글을 통해서는 애플리케이션 개발 및 도구 중 최근 많이 사용되는 Helm과 Argo에 대해서 자세히 알아보겠습니다. ㅣHelm의 등장 쿠버네티스를 활용한 애플리케이션 배포에 가장 기본이 되는 단위는 yaml 파일로, 주로 쿠버네티스 object(리소스)들을 정의하고 다루는데 활용됩니다. 쿠버네티스를 통해 애플리케이션을 배포하다 보면 비슷한 틀과 내용을 공유하고, 내부 값(configuration)만 일부 변경하는 작업을 하게 되는데요, 이 과정에서 애플리케이션마다 모두 yaml 파일을 만들어야 하나 보니 매우 번거로웠습니다. 위 이미지를 보면, A 애플리케이션은 정적 파일인 yaml을 오브젝트별(Service, Pod, ConfigMap)로 만들어서 생성하고 배포합니다. 그러다가 프로젝트의 확장에 따른 기능 추가로 인해 B와 C 애플리케이션으로 쪼개어 각각의 yaml 파일을 복사해서 사용합니다. 하지만, 팀 단위로 인프라가 확장될 경우는 어떻게 할까요? 개별 오브젝트에 대한 yaml 개별적으로 관리할 수 있을까요? 만약, 개별적으로 관리한다면 파일의 갯수와 코드량의 증가로 인해 개발자들은 매우 혼잡하게 될 것입니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 쿠버네티스에서 애플리케이션을 배포하기 위해 사용되는 대표적인 패키징 툴인 Helm이 등장하게 됐습니다. Helm을 활용하면 컨테이너 배포뿐 아니라 애플리케이션을 배포하기 위해 필요한 쿠버네티스 리소스를Node의 npm, Ubuntu의 APT, Mac의 Homebrew처럼 모두 패키지 형태로 배포할 수 있습니다. ㅣHelm의 역사 Helm은 v1부터 v3에 이르기까지 아래와 같은 변화의 과정을 거쳐왔습니다. Helm v1 ◾ [2015년 11월] DEIS의 내부 프로젝트로 시작되어 KubeCon에서 발표 ◾ [2017년 04월] MS에서 DEIS를 인수 Helm v2 ◾ [2016년 01월] Google 프로젝트에 합류 ◾ [2016년 ~ 2018년] Helm v2 고도화, 2.15.0 릴리스 발표에서 v2 향후 계획 세부사항 공유 Helm v3 ◾ [2018년 06월] CNCF 프로젝트에 합류, MS, 삼성 SDS, IBM 및 Blood Orange의 구성원 등이 참여 ◾ [2019년 11월] 릴리스 발표 v2에서 v3로 고도화되면서 가장 눈에 띄는 변화는 Tiller(클러스터 내에서 Helm 패키지 및 배포 상태를 관리하는 서버 구성요소)의 제거입니다. Helm v2에서는 클러스터에 Tiller를 설치하여, API Server와 REST*1 통신을 하고, Client와 gRPC*2 통신을 진행했었는데요, Helm v3부터는 Tiller가 제거되면서 Client에서 바로 REST 통신을 통해 API Server로 요청하는 방식으로 변경되었습니다. 그 외에도 Helm v3으로 업그레이드되면서 보안 취약점이 줄어들었으며, 설치 및 관리 과정이 단순화되었습니다. 또한 사용자에게 보다 더 안전하고 효율적인 배포 및 관리 환경을 제공할 수 있게 되었습니다. *1 REST (Representational State Transfer) : 웹 기반 애플리케이션에서 자원을 관리하기 위한 아키텍처 스타일, 데이터를 고유한 URL로 표현하고 HTTP 메서드(GET, POST, PUT, DELETE 등)를 사용하여 해당 자원에 대한 행위를 정의함 *2 gRPC (google Remote Procedure Call) : 구글에서 개발한 오픈소스 프레임워크, 원격지에 있는 다른 시스템 또는 서버에 있는 함수를 호출하는 방식 ㅣHelm의 주요 개념 Helm은 애플리케이션을 배포해 주는 툴이라고 앞서 살펴봤는데요, Helm과 같이 사용되는 주요 개념들을 살펴보겠습니다. ◾ Helm Chart: 쿠버네티스 리소스를 하나로 묶은 패키지입니다. 이는 yaml 파일의 묶음(패키지)으로, 이 묶음 public 혹은 private registry에 push 해두고, helm 명령어를 통해 Helm Chart를 설치하여 쿠버네티스 리소스를 배포하는 역할을 합니다. ◾ Repository: Helm Chart 들의 저장소 ◾ Release: kubernetes Cluster에서 구동되는 차트 인스턴스이며, Chart는 여러 번 설치되고 새로운 인스턴스는 Release로 관리됩니다. ㅣHelm의 주요 기능 Helm의 두 가지 주요 기능을 살펴보겠습니다. [1] Helm Chart를 통한 손쉬운 배포 Helm을 사용하면 어떻게 되는지 그림으로 살펴보겠습니다. 개발 클러스터가 있고 앱 2개를 배포한다고 가정했을 때, Helm Chart Template을 만들면 변수 처리를 통해 yaml 파일을 하나하나 수정할 필요 없습니다. kubectl 명령어를 통해 yaml 파일의 동적 값을 치환하여 템플릿 형태로 편리하게 배포할 수 있다는 장점이 있습니다. [2] Helm Package를 이용한 오픈소스 설치 및 배포 Helm을 통해서 쿠버네티스에서 가동할 수 있는 아래와 같은 다양한 오픈소스들의 제품들을 쉽게 설치/배포할 수 있습니다. 위제품들 외에도 Helm Chart는 총 14,376개의 패키지와 281,373개의 릴리스를 오픈소스로 제공합니다. 이를 통해 사용자들은 자신의 요구에 맞는 가장 적합한 솔루션을 선택하여 개발할 수 있습니다. 또한 많은 사용자들이 검증하고 사용함에 따라 안정성 있는 운영도 가능하죠. 다양한 Helm Chart 패키지는 커스터마이징이 가능한 경우가 많은데요, 사용자는 필요에 따라 구성을 조정하고 수정해서 사용할 수 있는 장점이 있습니다. 다음으로는 Helm 못지않게 많이 활용되는 ArgoCD에 대해서 살펴보겠습니다. ㅣ ArgoCD란?! 기존의 kubernetes 애플리케이션을 배포하고 관리하는 방식은 수동적이었습니다. yaml 파일을 직접 편집하고, kubectl로 변경사항을 클러스터에 적용하는 수동 배포 방식은 실수를 많이 유발했죠. 또한 여러 개발자나 팀이 각자의 방식대로 배포 및 관리를 수행하는 경우, 클러스터 상태의 일관성이 저하되었는데요. 이로 인해 개발 및 운영팀 간의 협업이 어렵고 생산성이 감소되는 문제가 발생하기도 했습니다. 이러한 기존 접근 방식에 대한 대안으로 GitOps가 탄생했는데요, GitOps는 Git 저장소를 사용하는 소프트웨어 배포 접근 방식입니다. GitOps는 인프라와 소프트웨어를 함께 관리함으로써, Git 버전 관리 시스템과 운영환경 간의 일관성을 유지할 수 있도록 합니다. ArgoCD는 GitOps를 구현하기 위한 도구 중 하나로 kubernetes 애플리케이션의 자동 배포를 위한 오픈소스 도구입니다. kubernetes 클러스터에 배포된 애플리케이션의 CI/CD 파이프라인에서 CD 부분을 담당하며, Git 저장소에서 변경사항을 감지하여 자동으로 kubernetes 클러스터에 애플리케이션을 배포할 수 있습니다. kubernetes 애플리케이션 배포 과정을 살펴보겠습니다. ① 사용자가 개발한 내용을 Git 저장소에 Push(이때, kubernetes 배포 방식인 Helm 배포 방식의 구조로 Git 저장소에 Push 할 수 있습니다.) ② ArgoCD가 Git 저장소의 변경 상태를 감지 ③ Git 저장소의 변경된 내용을 kubernetes에 배포하여 반영 ㅣ ArgoCD의 주요 기능 ◾ 애플리케이션을 지정된 환경에 자동으로 배포 ◾ 멀티 클러스터 관리기능 제공 ◾ OCI, OAuth2, LDAP 등 SSO 연동 ◾ 멀티 테넌시와 자체적인 RBAC 정책 제공 ◾ 애플리케이션 리소스 상태 분석 ◾ 애플리케이션 자동 및 수동 동기화 기능 제공 ◾ Argo가 관리하고 있는 쿠버네티스 리소스 시각화 UI 제공 ◾ 자동화 및 CI 통합을 위한 CLI 제공 위 내용은 ArgoCD가 제공하는 주요 기능을 나열한 것인데요, 이 중에서도 대표적인 다섯 가지 기능에 대해서 자세히 살펴보겠습니다. ① 쿠버네티스 모니터링 ArgoCD는 쿠버네티스를 항상 추적하고 있다가 저장소의 변경사항이 감지되면, 자동으로 클러스터의 상태를 저장소의 상태와 동기화합니다. 또한 문제가 생기면 이전 상태로 롤백 할 수 있으며, 이를 통해 시스템 복구 및 문제 해결을 용이하게 합니다. ② 멀티 클러스터 관리 다중 클러스터 환경에서도 배포를 관리할 수 있어 복잡한 인프라 환경에서의 효율적인 작업을 가능하게 합니다. ③ ArgoCD 대시보드 Argo에서는 클러스터 상태를 효과적으로 관리하고 모니터링할 수 있는 대시보드를 제공합니다. ArgoCD 대시보드를 통해 애플리케이션의 실시간 상태와 동기화 상태와 같은 전체적인 배포 파이프라인을 자동화하여 시각적으로 확인할 수 있고, 롤백 및 이력 추적 기능도 동시에 제공하고 있습니다. ④ 안전한 인증 및 권한 관리 역할 기반 액세스 제어(RBAC) 및 권한 제어기능을 통해 민감한 정보에 대한 접근을 제어할 수 있습니다. ⑤ GitOps 지원 ArgoCD는 GitOps 방법론을 따르므로 애플리케이션의 배포를 Git Repository와 동기화할 수 있습니다. 이를 통해 코드와 인프라의 일관성을 유지하고 변경사항을 추적할 수 있습니다. ㅣ Helm과 ArgoCD의 통합 활용 프로세스 Helm과 Argo를 함께 사용하면 개발, 테스트, 배포 프로세스를 효과적으로 관리할 수 있습니다. Helm으로 애플리케이션을 패키징하고 버전을 관리하며, Argo를 활용하여 GitOps 워크플로우를 통해 지속적인 통합 및 배포를 자동화할 수 있습니다. ① develop: Helm을 사용하여 애플리케이션을 Helm Chart로 패키징 합니다. 이후 개발된 Helm Chart를 저장하기 위한 Git 저장소를 설정합니다. ArgoCD에서 저장한 저장소를 특정 배포 대상 Kubernetes 클러스터와 연결하여, Git 저장소의 변경사항을 감지하고 새로운 배포를 시작하여 클러스터에 적용합니다. ② git push: 개발자가 로컬 저장소 내용을 원격 저장소에 배포합니다. ③ Observe(GitOps): ArgoCD는 Git 저장소의 변경 사항을 감지하여, 변경사항이 발생하면 새로운 버전의 애플리케이션을 배포하여 자동화 및 일관성을 유지합니다. ④ 운영/테스트/개발 ㅣ마무리 오늘 함께 살펴본 Helm과 ArgoCD 두 가지 강력한 도구를 함께 이용한다면 CI/CD 통합, 버전 관리, 자동화 등의 이점을 활용해서 kubernetes 환경에서 애플리케이션을 더 효율적으로 관리할 수 있습니다. 한편 애플리케이션을 효과적으로 개발하는 것도 중요하지만, kubernetes 환경의 프로세스를 실시간 모니터링하고 추적하여 관리하는 것도 매우 중요합니다. 브레인즈컴퍼니의 kubernetes 모니터링 솔루션 Zenius-K8s는 다양한 CI/CD 도구를 이용하여 개발한 kubernetes 애플리케이션의 전체 클러스터 및 구성요소에 대한 상세 성능 정보를 모니터링하고, 리소스를 추적함으로써 시스템의 안정성과 성능을 높여주고 있습니다. 2024.03.08
기술이야기 쿠버네티스와 Helm 등 CNCF의 주요 프로젝트 기술이야기 쿠버네티스와 Helm 등 CNCF의 주요 프로젝트 지난 포스팅을 통해 정리한 것처럼 CNCF는 클라우드 네이티브 생태계의 활성화를 위해, 다양한 오픈소스 프로젝트를 개발하고 공급하고 있습니다. 또한 프로젝트 채택 단계부터 사용 빈도까지의 성숙도를 관리하기 위한, 프로세스 체계를 보유하고 있는데요. 이번 시간에는 CNCF의 주요 프로세스인 쿠버네티스(K8s), Helm 등과 CNCF 프로세스에 대해서 알아보고자 합니다. 。。。。。。。。。。。。 CNCF 프로젝트 프로세스 2023년 10월 기준으로 약 170여 개의 CNCF 프로젝트가 진행 중인데요. 이들 프로젝트는 성숙도에 따라서 샌드박스(Sandbox), 인큐베이팅(Incubating), 졸업(Graduated)으로 나뉩니다. 성숙도 수준에 대한 평가는 CNCF 위원회 멤버들에 의해서 결정되며, 졸업(Graduated) 단계의 프로젝트로 인정받기 위해서는 3분의 2 이상의 찬성 표가 필요합니다. ▲프로젝트 성숙도 단계 Step1. 샌드박스(Sandbox) CNCF의 새로운 프로젝트가 채택되면 Sandbox 단계에서 시작합니다. 이 단계에서는 프로젝트가 CNCF의 가이드라인과 정책에 부합되는지를 확인하는 절차를 주로 거칩니다. Step2. 인큐베이팅(Incubating) Sandbox를 통과한 프로젝트는 Incubating 단계로 집입하며, 이 단계에서는 프로젝트의 커뮤니티와 기술적 성숙도를 더욱 강화하도록 합니다. 해당 프로젝트의 커뮤니티의 규모와 다양성을 평가하고 기능들의 안정성을 검증합니다. Step3. 졸업(Graduated) Incubating 단계를 성공적으로 통과한 프로젝트는 Graduated 단계로 올라갑니다. 높은 수준의 품질과 안정성이 보장되어야 이 단계에 올라갈 수 있는 거죠. 커뮤니티가 활발하게 유지되고 관련자의 참여가 적극적으로 이루어져야 하며, 실제 사용 사례에서 성공한 경험들이 존재해야 합니다. Step4. 사용 사례 검증 Graduated 프로젝트 중 실제로 다양한 산업에서 사용되고, 기업과 조직이 해당 프로젝트를 많이 채택하는지를 평가하여, 지속적인 성장 가능성과 성숙도를 평가합니다. CNCF에서 관리하는 프로젝트 영역은 꽤 넓고 다양한데요. 애플리케이션 개발을 위한 도구부터 컨테이너 오케스트레이션, 서비스 프로비저닝, 모니터링 도구 등 소프트웨어 개발부터 운영까지를 위한 도구들이 존재합니다. 이제부터는 가장 성공적인 프로젝트인 쿠버네티스를 포함하여, Incubating 단계 이상의 프로젝트를 알아보고자 합니다. CNCF의 주요 프로젝트 쿠버네티스(kubernetes) 쿠버네티스는 CNCF에서 최초로 Graduated 단계에 진입한 프로젝트입니다. 컨테이너 오케스트레이션 기능을 통해, 애플리케이션 컨테이너 기반으로 자동화하고 확장할 수 있는 플랫폼을 제공합니다. A. 컨테이너 오케스트레이션 기능 컨테이너화된 애플리케이션을 자동으로 배포·확장하고 관리하는 기능을 제공합니다. 애플리케이션의 변경이 필요할 경우, 개발자가 애플리케이션을 빠르게 수정 및 배포하고 운영할 수 있게 합니다. B. 스케일링 기능 리소스 사용량이나 사용자 트래픽 증가에 따라 자동으로 애플리케이션을 확장·축소하는 오토 스케일링 기능을 제공합니다. C. 롤백 기능 문제가 발생된 애플리케이션의 경우, 롤백 기능을 제공하여 서비스 장애에 신속히 대응합니다. Helm Helm은 쿠버네티스 환경에서 애플리케이션을 관리하기 위한 도구로 사용됩니다. Helm은 차트라고 불리는 패키지로 애플리케이션을 패키징 하는데요. 이 차트에는 애플리케이션의 설치부터 관리에 필요한 모든 것을 포함합니다. 쉽게 말하면 이 차트라는 기능을 통해 애플리케이션을 탬플릿화하고, 배포하며, 롤백 및 공유하는 역할을 하는 프로젝트입니다. Envoy ▲Envoy를 사용하는 주요 업체 리스트 ⓒenvoyproxy.io Envoy는 클라우드 네이티브 환경에서 애플리케이션의 네트워크 트래픽을 관리하고, 제어하기 위한 프로젝트입니다. 프록시 기능을 수행하고, 클라이언트 서버 간의 통신을 관리하며, 애플리케이션 간의 통신의 보안 향상시킵니다. 여러 애플리케이션 사이에서 부하 분산을 자동화하여 가용성과 성능을 향상시킬 수 있도록 합니다. 부하 분산을 함에도 불구하고 특정 시스템에 부하가 생겨 장애 발생이 생길 경우, 트래픽을 가중치에 따라 다른 시스템으로 분산시키는 역할을 합니다. Containerd Containerd는 쿠버네티스 환경에서 컨테이너를 만들고 실행하는 데 도움을 주는 프로젝트입니다. 개발자가 컨테이너를 만들고 실행시키는 역할을 하며, 필요할 때는 중지하거나 삭제하는 작업을 지원합니다. 컨테이너 실행에 필요한 파일과 설정을 모아 놓은 이미지를 다운로드하고, 저장하며, 불러오는 역할과 같은 이미지 관리 기능도 제공하고 있습니다. Prometheus Prometheus는 시스템이나 애플리케이션의 동작을 실시간으로 모니터링하고, 이상 상황이 발생할 경우 알림을 줄 수 있는 도구입니다. 다양한 데이터를 수집하고 기록하여 차후 분석 용도로 활용할 수 있습니다. 또한 핵심 지표들을 유형 및 종류별로 제공하여, 다각적인 관점에서의 관찰을 지원합니다. 시스템의 리소스부터 애플리케이션의 동작 및 응답 상태를 적시에 확인하게 해줍니다. Fluentd ▲Fluentd 개념 설명 ⓒfluentd.org Fluentd는 다양한 시스템에서 발생되는 로그 데이터를 수집·처리·전송하는 데이터 수집 도구로서, 스플렁크(SPLUNK)와 유사한 역할을 수행하는 프로젝트입니다. 다양한 소스에서 발생되는 로그를 수집할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 목적지의 저장소까지 전송하는 역할을 수행합니다. 예를 들어 Syslog 등을 실시간 수집하고, 이를 Elasticsearch나 Amazon S3 등의 원하는 저장소로 목적지를 설정할 수 있게 합니다. 。。。。。。。。。。。。 지금까지 살펴본 것처럼, CNCF에서 클라우드 네이티브 생태계 활성화를 위해 다양한 프로젝트를 진행하고 있는데요. 브레인즈컴퍼니 역시 클라우드 네이티브 모니터링을 위한 다양한 제품과 기능 등을 속속 출시하고 있습니다. 대표 제품인 제니우스(Zenius)를 통해 클라우드 네이티브의 핵심요소인 컨테이너(Docker)의 상태와 리소를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. MSA 환경을 만들기 위한 필수 도구인 쿠버네티스(K8s)의 Cluster·Node·Pod 등의 구성과 변화를 관찰하며, 이상 상황 알림을 통해 선제적 장애 대응 또한 가능합니다. Zenius에 대해 더 자세히 알고 싶으시다면, 바로 아래 링크를 클릭해 주세요! ?더보기 Zenius로 클라우드 네이티브 모니터링하기 CNCF 세 가지 핵심가치(1탄)도 있어요 2024.01.03

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