한 권으로 배우는 도커와 쿠버네티스 실전 가이드!

컨테이너 기술에 처음 입문하는 독자도 체계적으로 실력을 쌓아갈 수 있도록 도커부터 시작하여 쿠버네티스의 전반적인 기능을 기초부터 단계별로 학습할 수 있도록 구성되어 있다. 독자는 이 책을 통해 현장에서 운영 가능한 수준의 기술을 익힐 수 있을 것이며, 쿠버네티스 기반의 응용 프로그램 개발과 시스템 아키텍처를 그릴 수 있게 될 것이다. 이 책의 예제 파일은 PC나 클라우드에서 실행할 수 있으며, 일일이 실습할 시간이 없거나 흐름만을 파악하고자 할 경우, 책을 읽는 것만으로도 내용을 충분히 파악할 수 있도록 구성하였다.

일본 IBM 클라우드 & Cognitive 소프트웨어 사업 본부 소속. Certified Kubernetes Administrator CKA-1800-001213-0100, 2002년에 일본 IBM에 입사 후 자동차, 항공, 금융 업계와 대학 및 연구 기관 등 다양한 고객과의 프로젝트에서 시스템 설계 및 구축을 맡았다. 이후 클라우드를 활용하는 고객을 담당하기도 했고, 현재는 쿠버네티스를 중심으로 한 IBM 클라우드 서비스와 소프트웨어 제품을 담당하고 있다. 사내/외로 쿠버네티스 교육 활동에 힘쓰고 있으며, 컨테이너 및 쿠버네티스 기술 지원에도 주력하고 있다.

1장 도커와 쿠버네티스의 개요 23

1 쿠버네티스란? 25
1.1 쿠버네티스의 개요 . . . 26
1.2 탄생부터 현재까지의 역사 . . . 27
1.3 쿠버네티스의 발음과 로고에 대하여 . . . 29
1.4 쿠버네티스가 해결하는 과제 . . . 30
1.5 쿠버네티스의 아키텍처 . . . 33
마무리 . . . 34
참고 자료 . . . 35

2 컨테이너의 이해 38
2.1 컨테이너를 사용하는 이유 . . . 38
2.2 가상 서버와 컨테이너의 차이점 . . . 39
2.3 도커의 아키텍처 . . . 41
2.4 레지스트리와 쿠버네티스의 관계 . . . 47
2.5 도커와 쿠버네티스의 연동 . . . 48
2.6 컨테이너를 위한 기술과 표준 . . . 49
마무리. . . 51
참고 자료 . . . 52
Column 해상 컨테이너가 이룩한 혁명과 IT의 컨테이너 기술 혁명 . . . 55

3 쿠버네티스의 기본 58
3.1 아키텍처 . . . 58
3.2 쿠버네티스 계층 구조 . . . 61
3.3 쿠버네티스 API 오브젝트 . . . 62
3.4 파드의 기본 . . . 65
3.5 파드의 라이프 사이클 . . . 67
3.6 파드의 종료 처리 . . . 68
3.7 클러스터 네트워크 . . . 69
3.8 서비스의 기본 . . . 70
3.9 컨트롤러의 기본 . . . 73
마무리 . . . 77
참고 자료 . . . 77

4 이 책의 학습 환경 79
4.1 빠르게 전반적인 기능을 파악하고 싶은 경우 . . . 79
4.2 직접 돌려보면서 익히고 싶은 경우 . . . 79
4.3 각 학습 환경의 구성 . . . 80
4.4 학습 환경 선택 . . . 81
4.5 이 책에서 다루는 OSS 목록 . . . 82

5 도커 커맨드 치트 시트 84
5.1 컨테이너 환경 표시 . . . 85
5.2 컨테이너의 3대 기능 . . . 85
5.3 디버그 관련 기능 . . . 87
5.4 쿠버네티스와 중복되는 기능 . . . 88
참고 자료 . . . 89

6 kubectl 커맨드 치트 시트 90
6.1 kubectl 커맨드의 기본 . . . 90
6.2 커맨드 . . . 91
6.3 리소스 타입 . . . 91
6.4 옵션 . . . 95
6.5 kubectl 커맨드 실행 예 . . . 96
참고 자료 . . . 102
Column 5G와 자율 운전으로 주목받는 쿠버네티스 . . . 103


2장 컨테이너 개발을 익히기 위한 5단계 105

Step 01 컨테이너 첫걸음 107
01.1 hello-world 실행 . . . 107
01.2 컨테이너의 생명 주기와 도커 커맨드 . . . 110
Step 01 마무리 . . . 123
Step 01 참고 자료 . . . 123

tep 02 컨테이너 다루기 124
02.1 대화형 모드로 컨테이너 기동 및 정지 . . . 124
02.2 컨테이너 조작 및 이미지 작성 . . . 126
02.3 여러 터미널에서 조작하기 . . . 128
02.4 호스트와 컨테이너의 관계 . . . 131
Step 02 마무리 . . . 133
Step 02 참고 자료 . . . 133

Step 03 컨테이너 개발 134
03.1 이미지 빌드의 개요 . . . 134
03.2 빌드 실행 순서 . . . 136
03.3 Dockerfile 작성법 . . . 139
03.4 Dockerfile 작성 모범 사례 . . . 141
Step 03 마무리 . . . 142
Step 03 참고 자료 . . . 142

Step 04 컨테이너와 네트워크 143
04.1 컨테이너 네트워크 . . . 144
04.2 외부에 포트를 공개하기 . . . 147
04.3 AP 컨테이너와 DB 컨테이너의 연동 예 . . . 148
Step 04 마무리 . . . 154
Step 04 참고 자료 . . . 154

Step 05 컨테이너 API 155
05.1 컨테이너 API의 종류와 개요 . . . 155
05.2 환경 변수 API 구현 예 . . . 159
05.3 종료 요청 API 구현 예 . . . 163
05.4 퍼시스턴스 볼륨 API 구현 예 . . . 167
05.5 로그와 백그라운드 기동 . . . 170
Step 05 마무리 . . . 171
Step 05 참고 자료 . . . 171
Column K8s 사용자를 위한 YAML 입문 . . . 172


3장 K8s 실전 활용을 위한 10단계 177

Step 06 쿠버네티스 첫걸음 179
06.1 클러스터 구성 확인 . . . 179
06.2 파드 실행 . . . 180
06.3 컨트롤러에 의한 파드 실행 . . . 185
06.4 잡에 의한 파드 실행 . . . 190
Step 06 마무리 . . . 192
Step 06 참고 자료 . . . 193

Step 07 매니페스트와 파드 194
07.1 매니페스트 작성법 . . . 195
07.2 매니페스트 적용 방법 . . . 197
07.3 파드의 동작 확인 . . . 198
07.4 파드의 헬스 체크 기능 . . . 200
07.5 초기화 전용 컨테이너 . . . 211
07.6 사이드카 패턴 . . . 213
Step 07 마무리 . . . 219
Step 07 참고 자료 . . . 220

Step 08 디플로이먼트 221
08.1 디플로이먼트의 생성과 삭제 . . . 222
08.2 스케일 기능 . . . 226
08.3 롤아웃 기능 . . . 228
08.4 롤백 기능 . . . 233
08.5 파드의 IP 주소가 변경되는 경우와 아닌 경우 . . . 235
08.6 자동 복구 . . . 236
08.7 디플로이먼트를 이용한 고가용성 구성 . . . 239
08.8 디플로이먼트의 자동 복구 . . . 242
Step 08 마무리 . . . 246
Step 08 참고 자료 . . . 247
Column 파드의 트러블 슈팅 . . . 248

Step 09 서비스 255
09.1 ClusterIP . . . 256
09.2 서비스 타입 NodePort . . . 256
09.3 서비스 타입 LoadBalancer . . . 258
09.4 서비스 타입 ExternalName . . . 259
09.5 서비스와 파드의 연결 . . . 260
09.6 서비스의 매니페스트 작성법 . . . 261
09.7 서비스 생성과 기능 확인 . . . 263
09.8 세션 어피니티 . . . 265
09.9 NodePort 사용 . . . 267
09.10 로드밸런서 . . . 268
09.11 ExternalName . . . 271
Step 09 마무리 . . . 272
Step 09 참고 자료 . . . 273

Step 10 잡과 크론잡 274
10.1 잡 활용 예 . . . 276
10.2 잡의 실행수와 동시 실행수 . . . 279
10.3 하나의 컨테이너로 구성된 파드가 이상 종료 하는 경우 . . . 282
10.4 여러 컨테이너 중 일부가 이상 종료 할 때의 동작 . . . 284
10.5 소수 계산 컨테이너와 잡 컨트롤러 . . . 286
10.6 메시지 브로커와의 조합 . . . 290
10.7 쿠버네티스 API 라이브러리 사용 . . . 295
10.8 실행 . . . 298
10.9 크론잡 . . . 302
Step 10 마무리 . . . 305
Step 10 참고 자료 . . . 306

Step 11 스토리지 307
11.1 스토리지의 종류와 클러스터 구성 . . . 308
11.2 스토리지 시스템의 방식 . . . 309
11.3 스토리지의 추상화와 자동화 . . . 311
11.4 퍼시스턴트 볼륨 이용. . . 313
11.5 NFS 서버 사용 . . . 319
11.6 클라우드에서의 동적 프로비저닝 . . . 326
11.7 SDS 연동에 의한 동적 프로비저닝 . . . 335
Step 11 마무리 . . . 341
Step 11 참고 자료 . . . 342

Step 12 스테이트풀셋 343
12.1 디플로이먼트와의 차이 . . . 344
12.2 매니페스트 작성법 . . . 349
12.3 수동 테이크 오버 방법. . . 355
12.4 노드 장애 시의 동작 . . . 356
12.5 테이크 오버를 자동화하는 코드 개발. . . 358
12.6 장애 회복 테스트 . . . 375
Step 12 마무리 . . . 379
Step 12 참고 자료 . . . 381

Step 13 인그레스 382
13.1 인그레스의 기능과 개요 . . . 383
13.2 인그레스 학습 환경 준비 . . . 384
13.3 공개 URL과 애플리케이션의 매핑 . . . 385
13.4 인그레스 적용 . . . 389
13.5 인그레스 SSL/TLS 암호화 . . . 395
13.6 모더니제이션 과제 . . . 399
13.7 세션 어피니티 기능 사용 . . . 401
13.8 kube-keepalived-vip에 의한 VIP 획득과 HA 구성 . . . 405
13.9 퍼블릭 클라우드에서 인그레스 사용 . . . 423
Step 13 마무리 . . . 425
Step 13 참고 자료 . . . 425

Step 14 오토스케일 427
14.1 오토스케일링 작업 . . . 429
14.2 학습 환경 3에서의 오토스케일 체험 . . . 432
14.3 부하 테스트용 컨테이너 준비 . . . 433
14.4 HPA 설정과 부하 테스트 . . . 436
Step 14 마무리 . . . 439
Step 14 참고 자료 . . . 439

Step 15 클러스터 가상화 441
15.1 네임스페이스(Namespace) . . . 442
15.2 kubectl 커맨드의 네임스페이스 설정 . . . 446
15.3 시크릿과 컨피그맵 . . . 451
15.4 시크릿 이용 . . . 452
15.5 컨피그맵 . . . 457
15.6 메모리와 CPU 할당과 상한 지정 . . . 460
15.7 네트워크의 접근 제어(Calico) . . . 463
15.8 역할에 따른 접근 범위 제한 . . . 464
15.9 환경 구축 . . . 466
15.10 설정 파일 내용 . . . 491
Step 15 마무리 . . . 511
Step 15 참고 자료 . . . 512


부록 학습 환경 구축 515

1 학습 환경 1 517
1.1 Mac 환경 . . . 517
1.2 Windows 환경 . . . 527
1.3 Vagrant의 리눅스에서 미니쿠베 사용하기. . . 538
1.4 미니쿠베 사용 방법 . . . 542

2 학습 환경 2 551
2.1 멀티 노드 K8s . . . 551
2.2 가상 NFS 서버 . . . 560
2.3 가상 GlusterFS 클러스터 . . . 563
2.4 프라이빗 레지스트리 . . . 566

3 학습 환경 3 574
3.1 IBM Cloud Kubernetes Service . . . 574
3.2 Google Kubernet