Kubernetes Controller 개념과 설정 방법

개요

• Kubernetes에서 Controller는 클러스터 상태를 원하는 상태로 유지하는 제어 루프이다.
• 각 Controller는 특정 리소스를 관찰하며, 정의된 스펙과 실제 상태를 비교하여 부족한 부분을 보완한다.
• 이 글에서는 주요 Controller 종류와 배경, 사용 방법, 예시 등을 차례로 살펴본다.

개념 설명

ReplicationController

• 정의
  • ReplicationController는 지정된 수의 Pod가 항상 실행되도록 보장하는 Controller이다.
• 등장 배경
  • Pod는 일시적으로 죽거나 재시작될 수 있다.
  • 안정적인 가용성을 위해 동일한 Pod 복제본을 지속 관리할 필요가 있어 생성되었다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl create rc nginx --image=nginx --replicas=3
  • YAML
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    apiVersion: v1
    kind: ReplicationController
    metadata:
      name: nginx-rc
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: nginx
    

• 상세 설명
  • 레이블 셀렉터는 RC가 관리할 Pod의 기준을 정의한다.
  • 예: selector 필드에 app: nginx, env: production과 같이 설정하면 해당 라벨을 가진 Pod만 RC가 생성하고 관리된다.
  • 레이블이 일치하지 않는 Pod는 RC 범위 밖이므로 영향을 받지 않는다.
  • 업데이트 전략이 없어 RollingUpdate를 지원하지 않는다.
  • Pod 템플릿(spec.template)을 변경하려면 새로운 ReplicationController를 정의하고, 새 RC가 원하는 상태(replica 수)를 충족한 뒤 기존 RC를 삭제하는 순서로 배포해야 한다.
  • 예시: nginx 버전을 1.18로 업데이트하려면
    • nginx-rc-v2라는 새로운 RC 정의 파일 생성 (template.spec.containers.image: nginx:1.18)
    • kubectl apply -f nginx-rc-v2.yaml
    • 새 RC가 Ready 상태(replica 수 충족) 확인 후, kubectl delete rc nginx-rc로 기존 RC 제거
• 구체적인 예시
  • CLI로 스케일링: kubectl scale rc nginx-rc --replicas=5
  • 상태 확인: kubectl get rc nginx-rc -o wide

ReplicaSet

• 정의
  • ReplicaSet은 ReplicationController의 후속 버전이며, 레이블 셀렉터에서 셋 연산을 지원한다.
• 등장 배경
  • 복잡한 셀렉터 요구사항을 충족하기 위해 도입되었다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl create rs nginx-rs --image=nginx --replicas=3
  • YAML
    YAMLCopy

    apiVersion: apps/v1
    kind: ReplicaSet
    metadata:
      name: nginx-rs
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: nginx
    

• 심화 사용 방법
  • matchExpressions로 복합 셀렉터 구성
  • rolling update는 Deployment가 사용하므로 직접 사용은 드물다.
• 상세 설명
  • matchExpressions는 복잡한 셀렉터 조건을 지정할 때 유용하다.
    YAMLCopy

    selector:
      matchExpressions:
      - key: tier
        operator: In
        values:
        - frontend
    

    위 설정은 tier 레이블이 frontend인 Pod만 관리한다.
  • ReplicaSet 자체에는 롤링 업데이트 전략이 없다.
  • 직접 Pod 템플릿을 변경하려면 새로운 ReplicaSet 정의를 생성하고, 새 ReplicaSet이 Ready 상태가 된 후 기존 ReplicaSet을 삭제해야 한다.
  • 레이블 셀렉터 종류 비교
    • matchLabels: 단순 key=value 일치만 지원
    • matchExpressions: In, NotIn, Exists, DoesNotExist 연산 지원(셋 연산)
• 구체적인 예시
  • 셀렉터 예시
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    selector:
      matchExpressions:
      - key: tier
        operator: In
        values:
        - frontend
    

Deployment

• 정의
  • Deployment는 ReplicaSet을 관리하며, 선언적 롤링 업데이트와 롤백 기능을 제공한다.
• 등장 배경
  • 무중단 배포와 버전 관리 요구를 해결하기 위해 만들어졌다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl create deployment nginx --image=nginx --replicas=3
  • YAML
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    apiVersion: apps/v1
    kind: Deployment
    metadata:
      name: nginx-deploy
    spec:
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: nginx:1.16
    

• 심화 사용 방법
  • strategy 필드로 Recreate 또는 RollingUpdate 구성
  • progressDeadlineSeconds, maxSurge, maxUnavailable로 배포 안정성 세부 조정
• 상세 설명
  • strategy.type으로 RollingUpdate(기본) 또는 Recreate를 선택할 수 있다.
  • rollingUpdate 옵션의 maxSurge는 추가 생성 가능한 최대 Pod 수, maxUnavailable은 비가용 상태로 둘 수 있는 최대 Pod 수를 의미한다.
  • progressDeadlineSeconds를 지정하면 지정 시간 내에 업데이트가 완료되지 않을 때 실패로 간주된다.
• 구체적인 예시
  • 이미지 버전 업데이트
    BashCopy

    kubectl set image deployment/nginx-deploy nginx=nginx:1.17
    

  • 롤백: kubectl rollout undo deployment/nginx-deploy

DaemonSet

• 정의
  • DaemonSet은 클러스터의 모든 노드(또는 선택된 노드)에 지정한 Pod를 실행한다.
• 등장 배경
  • 노드별 로그 수집, 모니터링 에이전트 등을 배포하기 위해 필요했다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl create daemonset fluentd --image=fluentd
  • YAML
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    apiVersion: apps/v1
    kind: DaemonSet
    metadata:
      name: fluentd
    spec:
      selector:
        matchLabels:
          app: fluentd
      template:
        metadata:
          labels:
            app: fluentd
        spec:
          containers:
          - name: fluentd
            image: fluentd
    

• 심화 사용 방법
  • nodeSelector, tolerations로 특정 노드 그룹에만 배포
  • 업데이트 전략 변경: OnDelete 또는 RollingUpdate
• 상세 설명
  • nodeSelector로 특정 노드 레이블에만 배포할 수 있다.
    YAMLCopy

    spec:
      template:
        spec:
          nodeSelector:
            kubernetes.io/os: linux
    

  • tolerations를 사용하여 taint가 있는 노드에도 Pod를 스케줄할 수 있다.
  • taint와 toleration
    • taint: 노드에 "key=value:effect" 형태로 지정하여 해당 조건을 만족하지 않는 Pod의 스케줄을 방지하는 기능이다. 예: kubectl taint nodes node1 key=value:NoSchedule
    • toleration: Pod의 spec.tolerations 필드에 해당 taint를 허용하도록 설정하는 기능이다. 이 설정이 없는 Pod는 해당 taint가 있는 노드에 스케줄되지 않는다.
    • 예시:
      YAMLCopy

      spec:
        tolerations:
        - key: "key"
          operator: "Equal"
          value: "value"
          effect: "NoSchedule"
      

    • effect 종류:
      • NoSchedule: toleration이 없으면 스케줄 차단
      • PreferNoSchedule: toleration이 없으면 우선 배제하되, 필요 시 스케줄 허용
      • NoExecute: toleration이 없으면 이미 실행 중인 Pod도 즉시 퇴출
  • updateStrategy.type으로 OnDelete(수동 재시작 시만 업데이트) 또는 RollingUpdate(노드별 순차적 업데이트)를 설정할 수 있다.
• 구체적인 예시
  • 특정 OS 노드에서만 실행
    YAMLCopy

    spec:
      template:
        spec:
          nodeSelector:
            kubernetes.io/os: linux
    

StatefulSet

• 정의
  • StatefulSet은 상태가 있는 애플리케이션 관리를 위해 안정적 네트워크 ID와 지속 스토리지를 제공한다.
• 등장 배경
  • 데이터베이스, 분산 스토리지처럼 순서와 식별자가 중요한 워크로드를 위해 도입되었다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl create statefulset web --image=nginx (별도 YAML 권장)
  • YAML
    YAMLCopy

    apiVersion: apps/v1
    kind: StatefulSet
    metadata:
      name: web
    spec:
      serviceName: "nginx"
      replicas: 3
      selector:
        matchLabels:
          app: nginx
      template:
        metadata:
          labels:
            app: nginx
        spec:
          containers:
          - name: nginx
            image: nginx
      volumeClaimTemplates:
      - metadata:
          name: www
        spec:
          accessModes: ["ReadWriteOnce"]
          resources:
            requests:
              storage: 1Gi
    

• 심화 사용 방법
  • podManagementPolicy로 순차적 또는 병렬적 업데이트 제어
  • partition 전략으로 단계별 롤링 업데이트
• 상세 설명
  • podManagementPolicy의 기본값 OrderedReady는 Pod를 순차적으로 생성/삭제한다. Parallel을 사용하면 동시에 처리할 수 있다.
  • updateStrategy.rollingUpdate.partition으로 업데이트할 Pod를 부분적으로 지정할 수 있다.
  • 예: partition: 1 설정 시 인덱스 1 이상의 Pod부터 업데이트한다.
• 구체적인 예시
  • 파티션 롤링 업데이트
    YAMLCopy

    spec:
      updateStrategy:
        type: RollingUpdate
        rollingUpdate:
          partition: 1
    

Job

• 정의
  • Job은 일회성 배치 작업을 정의하고 완료 시까지 Pod를 관리한다.
• 등장 배경
  • 백업, 데이터 마이그레이션 같은 일회성 작업 자동화 필요성에 의해 만들어졌다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl create job pi --image=perl -- perl -Mbignum -wle 'print pi(2000)'
  • YAML
    YAMLCopy

    apiVersion: batch/v1
    kind: Job
    metadata:
      name: pi
    spec:
      template:
        spec:
          containers:
          - name: pi
            image: perl
            command: ["perl", "-Mbignum", "-wle", "print pi(2000)"]
          restartPolicy: OnFailure
    

• 심화 사용 방법
  • backoffLimit으로 재시도 횟수 제어
  • completions, parallelism으로 동시 작업 수 조정
• 상세 설명
  • backoffLimit은 실패 시 재시도할 최대 횟수를 지정한다.
  • completions는 완료 목표 수, parallelism은 동시에 생성할 Pod 수를 설정하여 작업 병렬도를 조절한다.
• 구체적인 예시
  • 동시 작업 5개
    YAMLCopy

    spec:
      parallelism: 5
      completions: 10
    

CronJob

• 정의
  • CronJob은 지정된 스케줄에 따라 Job을 생성하는 Controller다.
• 등장 배경
  • 정기적인 배치 작업 자동화를 위해 도입되었다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl create cronjob hello --image=busybox --schedule="*/1 * * * *" -- /bin/sh -c 'date; echo Hello'
  • YAML
    YAMLCopy

    apiVersion: batch/v1
    kind: CronJob
    metadata:
      name: hello
    spec:
      schedule: "*/1 * * * *"
      jobTemplate:
        spec:
          template:
            spec:
              containers:
              - name: hello
                image: busybox
                args:
                - /bin/sh
                - -c
                - date; echo Hello
              restartPolicy: OnFailure
    

• 심화 사용 방법
  • startingDeadlineSeconds, concurrencyPolicy로 스케줄 제어
  • successfulJobsHistoryLimit, failedJobsHistoryLimit로 기록 유지 관리
• 상세 설명
  • startingDeadlineSeconds는 스케줄 시간 이후 잡이 시작될 수 있는 최대 지연 시간(초)이다.
  • concurrencyPolicy는 Allow, Forbid, Replace 중 선택하며, 이전 실행 중 중첩 허용 여부를 결정한다.
  • successfulJobsHistoryLimit 및 failedJobsHistoryLimit로 보관할 잡 기록 수를 제한할 수 있다.
• 구체적인 예시
  • 이전 실패 작업 무시
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    spec:
      concurrencyPolicy: Forbid
    

HorizontalPodAutoscaler

• 정의
  • HorizontalPodAutoscaler는 CPU나 메모리 사용량을 기준으로 Deployment나 ReplicaSet의 Replica 수를 자동 조정한다.
• 등장 배경
  • 애플리케이션 부하 변화에 동적으로 대응하기 위해 설계되었다.
• 사용 방법
  • CLI: kubectl autoscale deployment nginx --cpu-percent=50 --min=1 --max=10
  • YAML
    YAMLCopy

    apiVersion: autoscaling/v2
    kind: HorizontalPodAutoscaler
    metadata:
      name: nginx-hpa
    spec:
      scaleTargetRef:
        apiVersion: apps/v1
        kind: Deployment
        name: nginx-deploy
      minReplicas: 1
      maxReplicas: 10
      metrics:
      - type: Resource
        resource:
          name: cpu
          target:
            type: Utilization
            averageUtilization: 50
    

• 심화 사용 방법
  • 커스텀 메트릭스 연동
  • behavior 필드로 확장/축소 속도 제한
• 상세 설명
  • 커스텀 메트릭스(External, Object)를 사용하여 CPU/메모리 외 다른 지표로 자동 확장이 가능하다.
  • behavior에서 scaleUp과 scaleDown 정책을 정의할 수 있다. 예:
    YAMLCopy

    behavior:
      scaleUp:
        policies:
        - type: Percent
          value: 50
          periodSeconds: 60
    

• 구체적인 예시
  • 확장 속도 제한
    YAMLCopy

    spec:
      behavior:
        scaleUp:
          policies:
          - type: Percent
            value: 50
            periodSeconds: 60
    

용어

Controller

클러스터 상태를 관찰하고 원하는 상태로 유지하도록 조치하는 제어 루프다.

레벨 셀렉터

리소스의 metadata.labels 값을 기준으로 대상 리소스를 선택하는 필터링 메커니즘입니다.

matchLabels

단일 key=value 형태로 레이블 값을 정확히 일치시켜 리소스를 선택하는 셀렉터 방법입니다.

matchExpressions

레이블 값이 특정 값의 집합에 포함되는지 등을 지정해 더 유연한 셀렉터를 제공하는 방법입니다.

RollingUpdate

기존 Pod를 점진적으로 교체하면서 새 Pod를 생성해 무중단으로 업데이트를 수행하는 전략입니다.

Recreate

기존 Pod를 모두 삭제한 후 새 Pod를 한 번에 생성하는 업데이트 전략입니다.

taint

노드에 key=value:effect 형태로 표시해 해당 조건을 만족하지 않는 Pod의 스케줄을 차단하는 기능입니다.

toleration

Pod에 설정해 특정 taint를 허용함으로써 taint가 있는 노드에도 스케줄되도록 하는 설정입니다.

nodeSelector

Pod 스펙에 지정된 레이블을 가진 노드에서만 실행되도록 하는 필드입니다.

podManagementPolicy

StatefulSet에서 Pod 생성 및 종료 순서를 제어하는 정책으로 OrderedReady 또는 Parallel을 선택할 수 있습니다.