도커와 쿠버네티스로 혁신적 배포 관리

 

도커와 쿠버네티스로 혁신적 배포 관리

일반 리포트 2024년 12월 09일

 

 

목차

1. 요약
2. 도커 개요
3. 도커 컴포즈
4. 도커 컴포즈를 활용한 환경 개발
5. 쿠버네티스 개요
6. 쿠버네티스에서의 보안
7. 도커 및 쿠버네티스를 활용한 CI/CD
8. 결론

1. 요약

• 본 리포트는 도커와 쿠버네티스를 활용한 멀티 컨테이너 애플리케이션 관리와 배포 전략에 관한 내용을 다룹니다. 주로 도커의 컨테이너화 기술을 통해 환경 별 일관성을 확보하고, 쿠버네티스를 통해 클러스터 내에서 효율적인 컨테이너 관리와 배포를 automatize 하는 방법을 제시합니다. 도커 컴포즈를 활용하여 멀티 컨테이너 환경을 설정, 관리를 용이하게 하고, 쿠버네티스의 아키텍처 개념과 구성 요소를 통해 장애 복구 및 확장성을 높입니다. 또 보안을 강화하기 위한 네트워크 분할, 컨테이너 이미지 보안 관리, CI/CD 파이프라인에서 도커와 쿠버네티스를 어떻게 통합하여 효율적인 배포가 가능한지를 설명합니다. 수록된 기술은 실제 개발과 운영에 있어 필수적인 지침을 제공하여, IT 인프라 환경에 도입된 도커 및 쿠버네티스의 효과적인 활용 방안을 제시합니다.

2. 도커 개요

• 2-1. 도커의 정의 및 개요

• 도커는 애플리케이션을 컨테이너 형태로 패키징하고 배포할 수 있는 오픈 소스 플랫폼입니다. 도커는 개발자가 애플리케이션과 모든 종속성을 표준화된 단위로 묶어 소프트웨어 개발 과정을 단순화합니다. 도커의 컨테이너는 독립적으로 실행 가능한 가벼운 패키지로, 코드, 실행 환경, 종속성 및 구성 파일이 포함되어 있습니다. 이러한 컨테이너화는 개발자와 IT 운영 팀 간의 협업을 개선하며, 연속 통합 및 배포(CI/CD) 파이프라인에서는 필수적으로 사용됩니다.

• 2-2. 도커의 특징 및 장점

• 도커는 여러 가지 장점을 제공하며, 그 중 주요 특징은 다음과 같습니다: 1. 빠르고 일관된 배포: 도커의 컨테이너 기반 플랫폼으로 자동화된 배포 워크플로우를 생성할 수 있습니다. 2. 환경 표준화: 도커 컨테이너는 모든 종속성과 구성을 캡슐화하여, 애플리케이션이 어디에서 실행되든 동일하게 작동합니다. 3. 이동성: 도커 이미지는 로컬에서 작성하고, 클라우드에 배포하여 어떤 환경에서도 실행할 수 있습니다. 4. 확장성: 추가 컨테이너를 신속하게 생성하거나 제거하여 애플리케이션을 쉽게 확장할 수 있습니다. 5. 격리: 도커 컨테이너는 별도의 공간에서 실행되며, 각자의 파일 시스템, CPU, 메모리, 프로세스 공간 및 네트워크 인터페이스를 가집니다.

• 2-3. 도커와 가상 머신의 차이점

• 도커와 가상 머신(VM)은 두 가지 기술로, 비슷한 용도로 사용되지만 몇 가지 주요 차이점이 존재합니다. - 도커 컨테이너는 VM보다 더 가볍고, 컨테이너가 호스트 운영 체제의 커널을 공유하므로 더 적은 자원을 소모합니다. - VM은 전체 운영 체제를 요구하는 반면, 도커는 특정 환경에 따라 유동적으로 작동할 수 있습니다. - 도커는 ‘한 번 빌드하여 어디서나 실행하기’라는 철학을 채택하고 있지만, VM은 각 환경에서 게스트 운영 체제를 설치하고 구성해야 합니다. - 도커는 많은 수의 격리된 환경을 단일 호스트에서 실행할 수 있지만, VM은 보다 높은 자원 소모로 인해 이를 구현하기 어렵습니다.

3. 도커 컴포즈

• 3-1. 도커 컴포즈란?

• 도커 컴포즈는 멀티 컨테이너 애플리케이션을 실행하는 데 사용되는 도구입니다. 예를 들어, 웹 서버, 백엔드 데이터베이스 및 애플리케이션 코드를 별도의 서비스로 실행할 수 있습니다. 각 서비스는 필요에 따라 더 많은 컨테이너를 추가하여 확장할 수 있습니다. 이 기능은 개발 및 테스트를 효율적으로 수행할 수 있는 동적 환경을 제공합니다.

• 3-2. 도커 컴포즈 파일 구성

• 도커 컴포즈 파일은 YAML 형식을 사용하여 멀티 컨테이너 애플리케이션을 정의하는 데 사용됩니다. 각 서비스는 Dockerfile이나 도커 이미지와 연결되며, 네트워크 및 볼륨, 환경 변수 등 필요한 매개변수를 설정할 수 있습니다. 예를 들어, 다음은 간단한 도커 컴포즈 YAML 파일의 예입니다: ```yaml version: "3" services: web: build: . ports: - "3000:3000" networks: - frontend - backend depends_on: - db environment: DB_HOST: db DB_PORT: 5432 REDIS_HOST: redis REDIS_PORT: 6379 db: image: postgres volumes: - db_data:/var/lib/postgresql/data networks: - backend environment: POSTGRES_DB: mydb POSTGRES_USER: myuser POSTGRES_PASSWORD: mypassword redis: image: redis networks: - backend nginx: image: nginx ports: - "80:80" - "443:443" volumes: - ./nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf networks: - frontend volumes: db_data: networks: frontend: backend: ``` 이 구조는 네 개의 서비스(web, db, redis, nginx)를 정의하고 있으며, 각 서비스의 의존성과 설정을 포함하고 있습니다.

• 3-3. 도커 컴포즈 명령어 사용법

• 도커 컴포즈를 사용하기 위해 가장 기본적인 명령어는 `docker-compose up`입니다. 이 명령어는 도커 애플리케이션과 모든 서비스를 시작하는 데 사용됩니다. 이 명령어는 건물 Docker 이미지, 네트워크 및 볼륨 생성, 컨테이너 시작 등을 수행합니다. 실행 전, docker-compose.yml 파일이 올바르게 구성되어 있는지 확인해야 합니다. 이 명령어는 다음과 같은 옵션을 지원합니다: - `--detach`: 서비스를 백그라운드에서 실행합니다. - `--scale`: 컨테이너 수를 조정합니다. - `--force-recreate`: 업데이트된 구성으로 컨테이너를 강제로 재생성합니다. 도커 컴포즈를 실제로 실행할 때는 터미널에서 docker-compose.yml 파일이 있는 디렉토리로 이동한 후, `docker-compose up`을 입력하면 됩니다. 이후 애플리케이션에 접근하려면 해당 호스트 시스템의 URL 또는 IP 주소와 서비스의 노출된 포트를 통해 접근할 수 있습니다.

4. 도커 컴포즈를 활용한 환경 개발

• 4-1. 로컬 개발 환경 설정

• 도커 컴포즈는 멀티 컨테이너 애플리케이션을 실행하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 웹 서버, 백엔드 데이터베이스 및 애플리케이션 코드를 별도의 서비스로 실행할 수 있습니다. 각 서비스는 필요에 따라 더 많은 컨테이너를 추가하여 확장할 수 있습니다. 이는 실제 운영 환경과 유사하게 동적 환경에서 효율적인 개발 및 테스트를 가능하게 합니다. 로컬 개발 환경을 설정하기 위해, 도커 플러그인이 필요하며, 이는 PyCharm에서 기본적으로 제공되고 활성화되어 있습니다. 만약 관련 기능이 없거나 비활성화된 경우, 플러그인이 꺼져 있는지 확인해야 합니다.

• 4-2. 환경 변수 및 볼륨 활용

• 도커 컴포즈를 통해 정의된 각 서비스는 서로 다른 환경 변수 및 볼륨을 조정하여 관리할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터베이스 호스트 및 포트를 환경 변수로 설정하여 각 서비스 간에 의존성을 관리할 수 있습니다. 이러한 설정은 성공적인 애플리케이션 배포 및 실행에 필수적입니다. 도커 컴포즈 파일을 통해 각 서비스의 볼륨을 설정하면 데이터의 지속성을 보장할 수 있으며, 데이터의 손실을 방지할 수 있습니다.

• 4-3. 서비스 간 연결 및 의존성 관리

• 도커 컴포즈는 서비스 간의 연결 및 의존성을 효과적으로 관리할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 서비스가 다른 서비스에 의존하는 경우, docker-compose.yml 파일에서 'depends_on' 필드를 사용하여 이러한 의존성을 명시할 수 있습니다. 또한, 서비스 간의 네트워크 연결을 정의하여 데이터 흐름을 원활하게 할 수 있습니다. 도커 컴포즈를 통해 여러 서비스를 동시에 구성하고 실행하면, 개발자들은 보다 간편하게 멀티 컨테이너 애플리케이션을 관리할 수 있습니다.

5. 쿠버네티스 개요

• 5-1. 쿠버네티스의 정의 및 기능

• 쿠버네티스는 컨테이너화된 애플리케이션을 관리하기 위한 시스템으로, 애플리케이션의 시작, 확장, 관리 등의 작업을 자동화합니다. 또한, 쿠버네티스는 클러스터 상의 자원 할당, 서비스 발견, 모니터링, 비밀 관리 등을 처리하여 애플리케이션 운영을 용이하게 합니다. 이는 개발자에게 클라우드 인프라 자체의 안정성을 보장하고 애플리케이션 개발에 더 집중할 수 있는 환경을 제공합니다.

• 5-2. 쿠버네티스 아키텍처

• 쿠버네티스는 Master-Slave 아키텍처를 따르며, 이 구조는 Control Plane과 Worker Nodes로 구성됩니다. Control Plane은 클러스터의 상태를 관리하며, Master Node에서 운영됩니다. Worker Node는 실제로 애플리케이션이 실행되는 서버로, 쿠버네티스의 다양한 컴포넌트는 Worker Node의 접근을 통해 상호작용하게 됩니다.

• 5-3. 쿠버네티스의 핵심 구성 요소

• 쿠버네티스의 핵심 구성 요소로는 다음과 같은 것들이 있습니다: 1. **Pod**: 쿠버네티스의 가장 작은 배포 단위, 하나 이상의 컨테이너가 함께 실행되는 단위입니다. 2. **Service**: Pods에 대한 안정적인 액세스 포인트를 제공하여 특정 기능을 제공하는 Pods 집합을 접근할 수 있게 합니다. 3. **Deployment**: 애플리케이션의 버전을 관리하는데 사용되며, 새로운 버전으로의 업데이트가 필요할 때 반복 가능하고 자동화된 워크플로우를 제공합니다. 4. **ReplicaSet**: 지정된 수의 pod 복제본이 실행되도록 보장합니다. 이 외에도 StatefulSet, DaemonSet 등 다양한 제어기가 클러스터의 다른 측면을 관리하며, 각 제어기는 현재 상태를 정의된 원하는 상태에 맞추도록 작동하는 제어 루프를 구현합니다.

6. 쿠버네티스에서의 보안

• 6-1. 컨테이너 이미지 보안 관리

• 컨테이너 이미지 및 Kubernetes 환경의 보안을 확보하기 위해서는 다음의 중요한 단계를 이행해야 합니다. 첫째로, 최소한의 신뢰할 수 있는 기본 이미지를 사용하는 것이며, 검증되지 않은 오픈 소스 이미지는 사용하지 않아야 합니다. 둘째로, 이미지와 종속성을 정기적으로 업데이트하여 알려진 취약점을 완화하고 최신 보안 패치를 포함해야 합니다. 또한, 자동 취약점 스캔 도구를 사용해 알려진 취약점을 검사하고, 이미지 서명 또는 무결성 확인을 통해 배포되는 이미지가 변조되었는지 확인하는 것이 중요합니다. 마지막으로, 필요하지 않은 구성 요소를 삭제하고 비-root 사용자로 컨테이너를 실행하는 방식으로 공격 표면을 줄여야 합니다.

• 6-2. 네트워크 분할 및 정책 설정

• Kubernetes 환경에서 네트워크 분할은 보안의 기본 요소로, Pods 및 서비스 간의 트래픽 흐름을 제어합니다. 이를 통해 잠재적인 피해 범위를 줄이고 규제 요건을 충족하며, 트래픽 제어를 통해 전체 보안 태세를 강화합니다. 효과적인 네트워크 정책을 설정하기 위해 첫 번째로 ‘모든 트래픽 거부(Default deny all traffic)’ 정책을 기본으로 설정하여 의도하지 않은 트래픽을 차단하고, 네임스페이스를 활용하여 환경을 분리한 후, Kubernetes NetworkPolicy 자원을 이용하여 Pods 간의 오가는 커뮤니케이션을 정의해야 합니다.

• 6-3. 쿠버네티스 클러스터 보안 모범 사례

• Kubernetes 클러스터의 보안을 강화하기 위해서는 여러 모범 사례를 따르는 것이 중요합니다. 첫 번째로, 권한을 최소화하여 컨테이너를 실행하고, RBAC를 적절히 설정하여 인증되지 않은 접근을 막아야 합니다. 두 번째로, API 서버를 공개적으로 접근할 수 없도록 방화벽과 네트워크 정책을 활용하고 TLS 암호화를 통해 모든 통신을 보호해야 합니다. 세 번째로는, 구성 관리를 자동화하여 모든 환경에서 일관성을 유지하고, 정기적인 감사 및 규정 준수를 통해 보안 벤치마크에 따라 설정을 점검해야 합니다.

7. 도커 및 쿠버네티스를 활용한 CI/CD

• 7-1. CI/CD 파이프라인에서 도커의 역할

• 도커는 CI/CD 파이프라인에서 애플리케이션의 컨테이너화를 통해 개발, 테스트, 배포 과정의 일관성을 제공하는 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 각 환경 간의 데이터와 코드가 동일하게 유지되므로, 실제 프로덕션 환경에서도 안전하고 효율적인 작업을 보장합니다. 예를 들어, 도커 컴포즈를 활용하여 여러 개의 컨테이너를 통합 관리함으로써 개발자가 손쉽게 애플리케이션을 배포할 수 있도록 도와줍니다.

• 7-2. 쿠버네티스와 CI/CD 통합

• 쿠버네티스는 컨테이너 배포 및 관리를 자동화하여 CI/CD 파이프라인의 필수 구성 요소로 자리잡고 있습니다. 이는 복잡한 설정을 간소화하고, 각 컨테이너의 생애주기를 효과적으로 관리할 수 있는 기능을 제공합니다. 예를 들어, 쿠버네티스를 활용하여 여러 개의 컨테이너를 대규모로 자동화하여 신속하게 배포할 수 있는 시스템을 구축할 수 있습니다. 이러한 자동화는 개발자들이 빠르게 피드백을 받고, 지속적인 통합 및 배포를 가능하게 합니다.

• 7-3. 자동화 배포를 위한 모범 사례

• 자동화 배포를 위한 모범 사례로는 다음과 같은 사항들이 있습니다. 첫째, 도커 이미지를 항상 로컬에서 테스트한 후 프로덕션 환경에 배포해야 합니다. 이는 배포 과정에서 발생할 수 있는 문제를 최소화하는 데 도움을 줍니다. 둘째, 지속적인 통합 및 배포(CI/CD) 프로세스를 구축하여 코드 품질을 높이고, 버전 관리를 체계적으로 수행해야 합니다. 셋째, 모니터링 도구를 도입하여 서비스를 실시간으로 관찰하고 문제를 조기에 발견할 수 있도록 해야 합니다. 마지막으로, 주기적으로 사용하지 않는 리소스를 정리하여 개발 환경을 효율적으로 유지하는 것이 중요합니다.

결론

• 리포트를 통해 우리는 도커와 쿠버네티스가 현대 소프트웨어 개발 및 운영 환경에서 필수적인 도구임을 확인할 수 있었습니다. 도커의 컨테이너 기술은 높은 이동성과 일관성을 제공하여 멀티 플랫폼 개발을 지원합니다. 쿠버네티스는 이러한 컨테이너화를 기반으로 확장성과 자원 할당을 자동으로 관리하며 높은 신뢰성과 효율성을 보장합니다. 보안 관리 부문에서는 컨테이너의 취약점 표면을 줄이고 네트워크 정책을 통해 보호 계층을 강화하는 것이 중요합니다. 한계로는 초기 구축 및 설정의 복잡함과 지속적인 모니터링 필요성을 들 수 있으며, 이를 해결하기 위해 자동화 도구와 보안 강화 전략의 효율적인 사용이 권장됩니다. 향후에는 AI 및 머신러닝을 접목한 자동화 관리와, 더 강화된 보안 및 규정 준수 방식의 제안이 이루어질 것입니다. 리포트가 도커와 쿠버네티스의 복잡한 환경에 대한 이해를 돕고, 실제 현장에서의 적용 가능성을 제고하는 데 기여하길 바랍니다.

용어집

• 도커 [기술]: 도커는 애플리케이션과 모든 종속성을 패키징하여 컨테이너라는 표준화된 단위로 제공하는 오픈소스 플랫폼입니다. 도커는 개발자와 시스템 관리자가 애플리케이션을 더 쉽게 배포하고 관리할 수 있도록 도와줍니다.

• 쿠버네티스 [기술]: 쿠버네티스는 컨테이너화된 애플리케이션을 관리하기 위한 오픈소스 플랫폼으로, 자동화된 배포, 확장, 및 운영을 지원합니다. 다양한 클라우드 환경에서 사용할 수 있으며, 다수의 컨테이너를 효과적으로 관리할 수 있는 기능을 제공합니다.