쿠버네티스 배포의 핵심 기능: Readiness Checks, Liveness Check, Startup Check, Scaling 및 업그레이드 정책

1. 요약

• 이 리포트는 쿠버네티스 배포 시 필수적인 기능들인 Readiness Check, Liveness Check, Startup Check, Scaling 및 업그레이드 정책에 대해 설명합니다. Readiness Check는 애플리케이션이 트래픽을 처리할 준비가 되었는지 확인하며, Liveness Check는 애플리케이션이 정상적으로 동작하는지 모니터링합니다. 또한 Startup Check는 애플리케이션이 처음 시작될 때 모든 의존 서비스가 정상 작동하는지를 확인하는 기능입니다. Scaling과 업그레이드 정책은 애플리케이션의 자원 효율성을 높이고, 서비스의 다운타임을 최소화하면서 새로운 버전으로 업그레이드하는 다양한 방식을 포함합니다.이 리포트는 각 기능들이 애플리케이션의 안정성과 가용성을 어떻게 높일 수 있는지에 대한 구체적인 설명을 제공합니다. 이러한 기능들을 활용함으로써 쿠버네티스 배포와 운영을 더욱 안정적이고 효율적으로 할 수 있습니다.

2. 쿠버네티스 배포 개요

• 2-1. 쿠버네티스 소개

• 쿠버네티스는 컨테이너화된 애플리케이션의 배포, 스케일링, 관리를 자동화하는 오픈소스 시스템입니다. 원래 구글에서 개발된 이 시스템은 복잡한 컨테이너화된 애플리케이션을 효율적으로 관리할 수 있게 도와줍니다. 컨테이너를 사용하면 개발자가 웹사이트를 가벼운 포터블 유닛으로 패키징할 수 있으며, 일관된 환경에서 실행할 수 있도록 해주기 때문에 멀티 환경에서의 일관된 작동이 보장됩니다. 쿠버네티스는 기본 인프라를 숨기고, 통합된 방식으로 모든 컨테이너를 관리할 수 있게 해줍니다.

• 2-2. 컨테이너화의 장점

• 컨테이너화된 애플리케이션은 여러 가지 장점을 제공합니다. 가볍고 이식성이 뛰어나며, 서로 다른 컴퓨팅 환경에서 일관되게 실행될 수 있습니다. 쿠버네티스와 같은 플랫폼은 이런 컨테이너화된 애플리케이션을 관리하고 배포하는 과정을 단순화해줍니다. 이를 통해 개발자는 인프라 관리에 대한 부담을 줄이고 오로지 코드와 기능 개발에 집중할 수 있습니다. 또한, 자동 롤아웃/롤백, 서비스 디스커버리 및 로드 밸런싱, 스토리지 오케스트레이션, 배치 작업 실행, 수평 스케일링, 시크릿 및 구성 관리, 셀프 힐링, 자동 빈 패킹과 같은 여러 기능을 통해 애플리케이션의 안정성과 가용성을 극대화할 수 있습니다.

• 2-3. 쿠버네티스 배포의 기본 과정

• 쿠버네티스를 이용해 애플리케이션을 배포하는 기본 과정은 다음과 같습니다. 먼저, 도커 이미지를 빌드하고 컨테이너 레지스트리에 푸시한 다음, 쿠버네티스 리소스를 정의합니다. 이러한 리소스는 YAML 혹은 JSON 매니페스트를 사용하여 정의합니다. 다음으로, 자원 요구사항을 명시하고, kubectl 또는 쿠버네티스 관리 도구를 사용하여 매니페스트를 적용하여 애플리케이션을 배포합니다. 마지막으로, Prometheus와 Grafana와 같은 모니터링 도구를 사용해 배포 상태를 모니터링하고 리소스 할당을 조정하거나 스케일링합니다.

3. Readiness Checks

• 3-1. Readiness Checks의 역할

• Readiness Checks는 컨테이너가 요청을 처리할 준비가 되었는지 확인하는 데 사용됩니다. 쿠버네티스는 애플리케이션이 모든 준비가 완료될 때까지 트래픽을 유입시키지 않기 때문에, 이는 데이터베이스 연결 설정 등 초기 설정이 필요한 애플리케이션에 중요한 기능입니다.

• 3-2. Ready 상태 확인 방법

• 쿠버네티스는 Readiness Probe를 통해 컨테이너의 Ready 상태를 확인합니다. 주로 HTTP, 커맨드, TCP 등 다양한 방법으로 확인할 수 있으며, 각 방법에서 사용되는 설정 파일은 YAML 포맷으로 작성됩니다. 그 설정 파일은 HTTP GET 요청을 예로 들면 다음과 같이 구성됩니다: ```yaml readinessProbe: httpGet: path: /healthz port: 8080 initialDelaySeconds: 5 periodSeconds: 10 ```

• 3-3. 활용 사례

• Readiness Checks는 애플리케이션의 시작이나 업데이트 시점에 주로 활용됩니다. 예를 들어, 데이터베이스와의 연결 설정이 완료되지 않은 상태에서 서비스 요청을 받는 상황을 방지할 수 있습니다. 이를 통해 애플리케이션의 신뢰성과 가용성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 실제로, 많은 기업들이 Readiness Checks를 통해 배포 초기의 문제점을 효율적으로 해결하고 있습니다.

4. Liveness Checks

• 4-1. Liveness Checks의 역할

• Liveness Checks는 애플리케이션의 상태를 주기적으로 확인하여, 애플리케이션이 정상적으로 작동하고 있는지 여부를 확인합니다. 구체적으로, liveness 프로브는 컨테이너가 제대로 실행되고 있는지를 점검하며, 만약 이상이 발견될 경우 컨테이너를 재시작하는 역할을 합니다. 이는 시스템의 자가 치유(self-healing)을 가능하게 하여 다양한 오류 상황에서도 안정적으로 서비스를 제공할 수 있도록 합니다.

• 4-2. Liveness 상태 확인 방법

• Liveness 상태를 확인하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적으로 HTTP GET 요청을 통해 특정 엔드포인트의 상태를 확인하는 방식이 자주 사용됩니다. 만약 응답 코드가 200번대가 아닌 경우, Kubernetes는 해당 컨테이너를 재시작합니다. 또한, TCP 소켓을 통해 연결 가능 여부를 확인하거나, 실행 가능한 명령어를 지정하여 그 결과에 따라 컨테이너의 상태를 판별할 수도 있습니다.

• 4-3. 활용 사례

• Liveness Checks는 다양한 활용 사례가 있습니다. 예를 들어, 데이터베이스 연결이 끊어졌거나, 중요 서비스가 비정상적으로 운영되고 있는 상황에서 이를 감지하여 자동으로 컨테이너를 재시작함으로써 서비스 가용성을 유지할 수 있습니다. 또한, 애플리케이션이 메모리 누수로 인해 점진적으로 성능이 저하되는 경우, Liveness Checks를 통해 이러한 문제를 감지하고 재시작을 트리거하여 문제를 해결할 수 있습니다.

5. Startup Checks

• 5-1. Startup Checks의 역할

• Startup Checks는 애플리케이션이 처음 시작될 때 모든 의존성 서비스가 작동하고 있는지 확인하여 애플리케이션이 원활하게 시작할 수 있도록 합니다. 이는 애플리케이션의 초기화가 완료되고 정상적으로 작동하기 위한 준비 상태를 보장합니다.

• 5-2. Startup 상태 확인 방법

• Startup 상태를 확인하기 위해 Kubernetes는 애플리케이션의 컨테이너 상태를 주기적으로 점검합니다. 이는 주로 'exec', 'httpGet', 'tcpSocket'의 세 가지 방식으로 수행됩니다. 'exec'는 명령어를 실행하여 상태를 확인하며, 'httpGet'은 HTTP 요청을 보내 응답 코드로 상태를 판단하고, 'tcpSocket'은 지정된 포트로 TCP 연결을 시도하여 상태를 점검합니다.

• 5-3. 활용 사례

• 애플리케이션 배포 시 애플리케이션이 의존하는 데이터베이스와 같은 외부 서비스가 먼저 완료되지 않으면 시작 체크가 유용합니다. 예를 들어, 특정 비즈니스 로직을 처리하는 서비스가 데이터베이스 연결을 필요로 하는 경우, 데이터베이스가 완전히 시작될 때까지 해당 서비스의 시작을 지연시킴으로써 오류를 방지할 수 있습니다.

6. Scaling and Upgrade Policy

• 6-1. 스케일링 정책

• 스케일링 정책은 애플리케이션의 리소스 사용량에 따라 자동으로 스케일 업 또는 스케일 다운하는 방식을 설명합니다. Kubernetes는 수평 포드 자동 스케일링(Horizontal Pod Autoscaler)과 수직 포드 자동 스케일링(Vertical Pod Autoscaler)을 지원합니다. 수평 스케일링은 CPU 사용량 또는 메모리 사용량과 같은 메트릭을 기반으로 포드의 수를 조정하고, 수직 스케일링은 컨테이너의 리소스 요청과 제한을 동적으로 조정합니다.

• 6-2. 업그레이드 정책

• 업그레이드 정책은 애플리케이션의 새로운 버전을 배포하는 방식을 설명합니다. Kubernetes는 롤링 업데이트(Rolling Update)와 블루/그린 배포(Blue/Green Deployment)을 포함한 다양한 업그레이드 방식을 지원합니다. 롤링 업데이트는 오래된 버전을 새로운 버전으로 점진적으로 교체하여 다운타임을 최소화합니다. 블루/그린 배포는 두 개의 동일 환경을 사용하여 새로운 버전을 테스트한 후 트래픽을 새로운 환경으로 전환합니다.

• 6-3. 자동 스케일링 활용 사례

• Kubernetes의 자동 스케일링 기능은 대규모 애플리케이션 배포에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 언어 모델(LLM) 배포는 높은 연산 자원을 요구하기 때문에, 자동 스케일링을 사용하여 부하에 맞게 포드 수를 조정하는 것이 중요합니다. Kubernetes는 GPU 지원을 포함하여, 리소스 배분과 고가용성을 보장합니다.

• 6-4. 롤링 업데이트 방식

• 롤링 업데이트 방식은 기존의 애플리케이션 인스턴스를 하나씩 새로운 버전으로 교체하는 프로세스를 설명합니다. 이는 무중단 배포를 가능하게 하며, 기존의 인스턴스가 제대로 작동하는 동안 점진적으로 새로운 버전을 배포하여 안정성과 가용성을 높입니다. Kubernetes는 이러한 롤링 업데이트를 기본적으로 지원하며, 사용자는 간단한 명령으로 업데이트를 수행할 수 있습니다.

7. 컨테이너 보안

• 7-1. 컨테이너 보안의 중요성

• 컨테이너는 현대 컴퓨팅의 많은 최신 발명품 중 하나로, 소프트웨어 개발 및 배포의 초석으로 자리잡고 있습니다. 애플리케이션과 그 종속성을 폐쇄된 환경에 격리시켜 다양한 인프라에 걸쳐 효율적이고 일관된 배포를 가능하게 합니다. 그러나 컨테이너는 전통적인 보안 조치가 완전히 해결하지 못하는 다양한 보안 과제를 가져옵니다. 이러한 새로운 기술이 프로덕션 환경에 확산됨에 따라, 이를 보호하는 것은 모든 조직의 우선 과제가 되어야 합니다.

• 7-2. 주요 보안 접근 방식

• 컨테이너 보안의 미래는 여러 가지 신흥 혁신에 따라 달라집니다. 특히, 제로 트러스트 모델로의 전환이 컨테이너화된 환경에 특히 유의미합니다. 이 모델은 네트워크 내에서 고유의 신뢰를 사용하지 않으며, 액세스에 대한 엄격한 인증 조치를 시행합니다. 또한, 개발 수명 주기에서 보안 관행을 통합하는 Shift-Left 보안 옵션도 유익합니다. 이 전략은 개발자들이 프로덕션 전에 취약성을 탐지하고 완화함으로써 공격 표면을 크게 줄입니다. Trivy와 같은 다양한 오픈 소스 도구가 이러한 발전을 보장하는 데 주요한 역할을 합니다.

• 7-3. 보안 도구와 트렌드

• 컨테이너 보안 환경이 확장됨에 따라, 이를 둘러싼 보안 영역도 신흥 위협에 대응하여 진화합니다. 예를 들어, 공급망 공격, 측면 이동, 리소스 하이재킹 등의 최근 공격 패턴이 증가하고 있습니다. 또한, CI/CD 파이프라인에 보안을 통합하는 것도 컨테이너 배포의 동적 특성에 대한 완벽한 대응책이 됩니다. 자동화된 취약성 스캔 및 보안 테스트 도구가 컨테이너가 최종 프로덕션에 도달하기 전에 CI/CD 워크플로우에 통합되고 있습니다. Trivy와 같은 오픈 소스 도구는 이미지 취약성 스캐닝, 구성 및 준수 문제 해결, 런타임 보안 향상, 네트워크 보안 문제 해결 등을 포함하여 컨테이너 수명 주기의 다양한 측면에서 보안을 강화하는 솔루션을 제공하고 있습니다.

8. 결론

• 이 리포트는 쿠버네티스 배포에서 Readiness Check, Liveness Check, Startup Check, Scaling 및 업그레이드 정책의 중요성을 상세히 다루며, 이러한 기능들이 애플리케이션의 안정성과 가용성을 높이는 데 어떻게 기여하는지 설명하였습니다. 각 기능의 중요성을 이해하고 적절하게 활용함으로써 개발자와 운영자는 더 안정적이고 효율적인 운영 환경을 구축할 수 있습니다. 그러나 쿠버네티스 배포는 특정 한계도 있습니다. 예를 들어, 초기 설정 오류 및 리소스 과다 소비 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 보완하기 위해 다양한 모니터링 도구와 목적별 최적화된 설정이 필요합니다. 또한, 컨테이너 보안 측면에서 제로 트러스트 모델과 Shift-Left 보안 접근 방식을 고려하여 프로덕션 환경을 보호하는 것도 중요합니다. 앞으로 쿠버네티스는 보안 기술과 관리 효율성을 높이는 다양한 도구와 트렌드와 함께 계속 발전할 것입니다. 이러한 발전을 따라가며 애플리케이션의 안정성과 성능을 지속적으로 개선하는 것이 필요합니다.

9. 용어집

• 9-1. 쿠버네티스 (Kubernetes) [기술]

• 컨테이너화된 애플리케이션의 배포와 관리를 자동화하는 오픈 소스 플랫폼으로, 높은 확장성, 자원 관리, 가용성을 제공합니다.

• 9-2. Readiness Check [기능]

• 애플리케이션이 요청을 받을 준비가 되었는지를 확인하는 검사로, 준비가 안 된 파드에 트래픽이 전달되는 것을 방지합니다.

• 9-3. Liveness Check [기능]

• 애플리케이션이 정상적으로 실행되고 있는지를 확인하는 검사로, 실패 시 쿠버네티스가 파드를 재시작합니다.

• 9-4. Startup Check [기능]

• 애플리케이션의 시작 상태를 확인하는 검사로, 애플리케이션이 완전히 시작되기 전에 너무 빨리 재시작되는 것을 방지합니다.

• 9-5. Scaling and Upgrade Policy [기능]

• 수요에 따라 애플리케이션을 자동으로 스케일링하거나 업그레이드하는 정책으로, 자원 효율성을 극대화하고 다운타임 없이 업그레이드를 수행할 수 있습니다.

10. 출처 문서

• Deploying Large Language Models on Kubernetes: A Comprehensive Guidehttps://www.unite.ai/deploying-large-language-models-on-kubernetes-a-comprehensive-guide/
• The Future of Container Security: Trends and Open Source Tools to Watchhttps://linuxsecurity.com/features/future-of-container-security
• Difference between Docker, Kubernetes, and Podman for System Design Interview?https://dev.to/somadevtoo/difference-between-docker-kubernetes-and-podman-for-system-design-interview-3an6
• Kubernetes For Web Developers: Core Concepts & Setup Guidehttps://wpwebinfotech.com/blog/kubernetes-for-web-developers/