프로그래밍공부(Programming Study)/DevOps

쿠버네티스(Kubernetes, k8s) 컨트롤플레인과 데이터플레인: 구조와 통신 방법 이해하기

Chaany 2024. 8. 13.

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1. 쿠버네티스란?

쿠버네티스(Kubernetes)는 컨테이너화된 애플리케이션의 자동 배포, 확장, 관리를 위한 오픈소스 플랫폼입니다. 다양한 클러스터 환경에서 애플리케이션을 안정적으로 운영할 수 있도록 돕는 역할을 합니다.

2. 쿠버네티스 아키텍처 개요

쿠버네티스는 크게 두 가지 주요 구성 요소로 나눌 수 있습니다: 컨트롤플레인(Control Plane)과 데이터플레인(Data Plane). 이 두 구성 요소는 클러스터의 상태를 관리하고, 애플리케이션이 적절하게 실행되도록 보장하는 중요한 역할을 합니다.

3. 컨트롤플레인(Control Plane)

컨트롤플레인은 쿠버네티스 클러스터의 전반적인 상태를 관리하고 조정하는 구성 요소들로 이루어져 있습니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:

API 서버 (kube-apiserver): 모든 클라이언트 요청을 받아들이고, 클러스터의 다른 구성 요소들과의 통신을 주관합니다.
컨트롤러 매니저 (kube-controller-manager): 클러스터 상태를 원하는 상태로 유지하기 위해 여러 컨트롤러를 실행하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 레플리카 컨트롤러는 지정된 수의 복제본이 항상 실행되도록 합니다.
스케줄러 (kube-scheduler): 새로운 팟(Pod)이 생성될 때, 해당 팟을 실행할 노드를 결정합니다.
etcd: 클러스터 상태 정보를 저장하는 분산 키-값 저장소입니다.

컨트롤플레인은 클러스터의 전반적인 상태를 관리하고, 클라이언트의 요청을 처리하며, 작업자 노드에 작업을 분배하는 역할을 합니다.

4. 데이터플레인(Data Plane)

데이터플레인은 애플리케이션이 실제로 실행되는 구성 요소들로 이루어져 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

노드(Node): 쿠버네티스 클러스터의 각 노드는 컨테이너화된 애플리케이션을 실행하는 실제 서버입니다. 각 노드는 다음 구성 요소들을 포함합니다:
- Kubelet: 각 노드에서 실행되며, 컨트롤플레인으로부터 받은 명령에 따라 컨테이너를 관리합니다.
- 컨테이너 런타임: 컨테이너를 실제로 실행하는 소프트웨어(예: Docker, containerd).
- Kube-proxy: 각 노드에서 실행되며, 네트워크 프록시 역할을 하여 서비스 간의 네트워크 통신을 관리합니다.

데이터플레인은 실제 사용자 애플리케이션을 실행하고, 컨테이너를 관리하며, 네트워크 통신을 처리하는 역할을 합니다.

5. 컨트롤플레인과 데이터플레인 간의 통신 방법

컨트롤플레인과 데이터플레인은 서로 긴밀하게 통신하며, 이는 쿠버네티스 클러스터가 정상적으로 운영되도록 하는 핵심 요소입니다. 이들 간의 주요 통신 방법은 다음과 같습니다:

API 서버를 통한 통신: 데이터플레인의 Kubelet과 컨트롤플레인의 API 서버 간의 통신은 주로 HTTP/HTTPS를 통해 이루어집니다. Kubelet은 주기적으로 API 서버와 통신하여 작업 상태를 보고하고, 새로운 작업을 수신합니다.
gRPC 및 Protobuf: 쿠버네티스 내부 통신에는 gRPC와 Protobuf 같은 효율적인 데이터 직렬화 방법을 사용하여 성능을 최적화합니다.
네트워크 플러그인: 네트워크 통신을 위한 플러그인(CNI, Calico, Flannel 등)은 팟 간의 네트워크 트래픽을 관리하고, 클러스터의 네트워크를 설정합니다.

6. 사례를 통한 이해

예를 들어, 사용자가 새로운 애플리케이션을 배포하면, 이 요청은 API 서버를 통해 컨트롤플레인에 전달됩니다. 스케줄러는 이 요청을 수신하고, 애플리케이션을 실행할 적절한 노드를 선택합니다. 선택된 노드에서 Kubelet이 명령을 받아 컨테이너를 실행하며, 이 과정에서 데이터플레인이 실제 작업을 수행하게 됩니다.

7. 결론

쿠버네티스에서 컨트롤플레인과 데이터플레인은 각각 클러스터의 관리와 애플리케이션 실행을 담당하는 중요한 역할을 합니다. 이들 간의 효율적인 통신은 클러스터의 안정성과 성능을 보장하는 데 필수적입니다. 쿠버네티스의 구조를 잘 이해하고 활용하면, 더욱 효과적인 클라우드 네이티브 애플리케이션 관리가 가능해집니다.