쿠버네티스(Kubernetes, K8s)란?

쿠버네티스(Kubernetes, K8s)는 컨테이너화된 애플리케이션의 배포, 확장 및 관리를 자동화하는 오픈소스 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼입니다. Google이 내부 시스템(Borg)을 기반으로 개발하여 2014년에 오픈소스로 공개하였으며, 현재 Cloud Native Computing Foundation(CNCF)에서 관리하고 있습니다.

컨테이너 기술(Docker, Podman 등)이 널리 사용되면서, 컨테이너를 효율적으로 배포하고 관리하는 자동화 시스템이 필요해졌습니다. 쿠버네티스는 수백~수천 개의 컨테이너를 효과적으로 관리할 수 있도록 설계되었으며, 주요 클라우드 환경(AWS, GCP, Azure, 온프레미스 등)에서 사용할 수 있습니다.

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쿠버네티스의 주요 특징

✅ 1. 자동화된 컨테이너 오케스트레이션

• 애플리케이션을 컨테이너화하여 자동으로 배포, 확장 및 복구 가능.
• 컨테이너 실행을 위한 클러스터 관리 기능 제공.

✅ 2. 자동 확장(Auto-scaling)

• 워크로드(Workload)에 따라 수평적 및 수직적 확장 지원.
• Horizontal Pod Autoscaler(HPA) 및 Vertical Pod Autoscaler(VPA)를 활용하여 부하에 따라 Pod 수 및 리소스를 조절.

✅ 3. 자동 복구(Self-healing)

• 장애가 발생한 컨테이너를 자동으로 재시작(restart)하거나, 노드 장애 시 자동으로 다른 노드에서 재배치.
• 지정된 상태(State)를 유지하기 위해 지속적으로 모니터링.

✅ 4. 서비스 디스커버리 및 로드 밸런싱

• 서비스(Service)를 통해 컨테이너 간 네트워크를 자동으로 설정.
• 클러스터 내에서 트래픽을 분배하는 내장 로드 밸런서 제공.

✅ 5. 선언적 설정(Declarative Configuration)

• YAML/JSON 설정 파일을 이용해 원하는 상태(State)를 선언적으로 정의.
• kubectl CLI를 사용하여 배포 관리 가능.

✅ 6. 여러 환경 지원

• 퍼블릭 클라우드(AWS, GCP, Azure)뿐만 아니라 온프레미스 및 하이브리드 환경에서도 운영 가능.
• 클러스터 확장이 용이하여 멀티클러스터 운영 가능.

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쿠버네티스의 아키텍처

쿠버네티스는 마스터 노드(Control Plane)와 워커 노드(Worker Node) 구성됩니다.

1. 마스터 노드(Control Plane)

쿠버네티스 클러스터를 관리하고 컨트롤하는 핵심 구성 요소.

구성 요소 설명

API 서버 (kube-apiserver)	쿠버네티스의 핵심 API 엔드포인트, 클라이언트 요청 처리
컨트롤러 매니저 (kube-controller-manager)	클러스터의 상태를 유지하는 컨트롤러들의 집합
스케줄러 (kube-scheduler)	새로운 Pod가 생성되면 적절한 워커 노드에 배치
ETCD	클러스터 상태 정보를 저장하는 분산 키-값 저장소

2. 워커 노드(Worker Node)

애플리케이션이 실행되는 실제 컨테이너 호스팅 노드.

구성 요소 설명

Kubelet	각 노드에서 실행되며, 컨테이너 실행을 담당
Kube Proxy	네트워크 통신을 관리하고 로드 밸런싱 수행
Container Runtime	컨테이너 실행 환경 (예: Docker, containerd, CRI-O)

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쿠버네티스의 주요 개념

쿠버네티스에서 애플리케이션을 실행하려면 여러 개념을 이해해야 합니다.

1. 노드(Node)

• 쿠버네티스 클러스터에서 컨테이너를 실행하는 물리적 또는 가상 서버.
• 클러스터는 여러 개의 노드로 구성됨.

2. 파드(Pod)

• 쿠버네티스에서 가장 작은 배포 단위.
• 하나 이상의 컨테이너를 포함할 수 있으며, 컨테이너 간에는 공유 네트워크 및 스토리지를 사용.

3. 서비스(Service)

• 고정된 IP 주소와 DNS 이름을 제공하여, 파드 간의 네트워크 통신을 가능하게 함.
• 로드 밸런싱 기능 포함.

4. 디플로이먼트(Deployment)

• 애플리케이션을 선언적(Declarative) 방식으로 배포 및 관리.
• 롤링 업데이트 및 롤백 기능 제공.

5. 컨피그맵(ConfigMap) & 시크릿(Secret)

• 환경 변수, 설정 파일, 민감한 정보를 외부에서 관리하기 위한 리소스.

6. 볼륨(Volume)

• 컨테이너가 재시작되더라도 데이터를 유지할 수 있도록 지원.

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쿠버네티스 배포 예제

1. 간단한 Nginx Pod 배포 (YAML)

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: nginx-pod
  labels:
    app: nginx
spec:
  containers:
  - name: nginx-container
    image: nginx:latest
    ports:
    - containerPort: 80

kubectl apply -f nginx-pod.yaml
kubectl get pods

2. Deployment를 이용한 배포

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: nginx-deployment
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: nginx
  template:
    metadata:
      labels:
        app: nginx
    spec:
      containers:
      - name: nginx-container
        image: nginx:latest
        ports:
        - containerPort: 80

kubectl apply -f nginx-deployment.yaml
kubectl get deployments

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쿠버네티스 vs 도커 스웜 vs OpenShift 비교

기능 Kubernetes Docker Swarm OpenShift

배포 방식	YAML 선언적 배포	CLI 중심 배포	YAML + GUI
확장성	매우 뛰어남	빠르지만 제한적	뛰어남
보안	네트워크 정책 지원	기본적인 보안	강화된 보안
복잡도	높음	단순함	중간
기업용 지원	강력한 기업 지원	제한적	Red Hat 지원

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쿠버네티스의 한계 및 문제점

❌ 설정 및 운영 복잡성

• 초기 설정이 어렵고 운영이 복잡함.
• 관리형 서비스(AWS EKS, Google GKE, Azure AKS) 사용 시 완화 가능.

❌ 리소스 소비

• 컨트롤 플레인과 노드가 많은 리소스를 소비.

❌ 보안 문제

• 올바른 네트워크 정책 및 인증 설정이 필요.

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쿠버네티스 활용 사례

✅ 1. 마이크로서비스 배포

• 여러 서비스가 독립적으로 배포되고 확장 가능.

✅ 2. CI/CD 파이프라인 자동화

• GitOps 및 ArgoCD와 함께 활용.

✅ 3. AI/ML 및 빅데이터 처리

• GPU 지원으로 AI 학습 모델 운영 가능.

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결론

쿠버네티스는 컨테이너 오케스트레이션을 위한 표준 플랫폼으로 자리 잡았으며, 대규모 애플리케이션을 효과적으로 배포, 확장 및 관리할 수 있도록 설계되었습니다.

비록 설정이 어렵고 운영이 복잡할 수 있지만, **관리형 쿠버네티스 서비스(AWS EKS, GCP GKE, Azure AKS)**를 활용하면 보다 쉽게 운영할 수 있습니다.

🚀 컨테이너 기반 클라우드 환경을 구축하려면, 쿠버네티스는 필수 기술입니다! 🚀