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1. Container 란

보통 IT인이 아니라고 한다면 아니라면 ‘컨테이너’ 라는 말을 듣는다면 말에 다음의 그림을 상상하실 겁니다.

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Container

사전적 의미로 컨테이너는 어떤 물체를 격리하는 공간을 뜻합니다. 하지만 우리에게 컨테이너는 어떤 의미일까요?

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• 컨테이너는 OS의 기능을 활용하여 프로세스를 격리하고, 격리된 프로세스가 CPU, 메모리, 스토리지, 네트워크 리소스를 쉽게 공유할 수 있게 해줍니다.

• 컨테이너는 격리된 프로세스 형태로 실행되므로 환경에 상관없이 빠르고 안정적이며 일관된 배포를 보장합니다.

VM

• VM은 하이퍼바이저라는 가상화 소프트웨어 계층을 사용하여 하드웨어를 가상화하고, 각 VM을 서로 분리하여 상호작용할 수 있는 가상 컴퓨팅 환경을 구축하는 기술입니다.

• VM에는 애플리케이션, 관련 라이브러리 및 종속 항목과 함께 게스트 OS가 포함됩니다.

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Container와 VM 비교

가상 환경에 익숙하다면 컨테이너를 가상 머신(VM)에 비교하여 생각하면 이해하기 쉽습니다.

컨테이너는 가상머신과 마찬가지로 애플리케이션을 관련 라이브러리 및 종속 항목과 함께 패키지로 묶어 소프트웨어 서비스 구동을 위한 격리 환경을 마련해 마련해 줍니다.

컨테이너를 사용하면 개발자와 IT 운영팀이 훨씬 작은 단위로 업무를 수행할 수 있으므로 그에 따른 이점도 훨씬 많습니다.

컨테이너의 장점

• 가벼움

• 탄력성 / 이식성 / 플랫폼 독립성

• 성능

• 유지 관리 효율

각각의 장점들에 대해서 한가지씩 보도록 하겠습니다.

(1) 가벼움

• 사용자의 Request Traffic 이 증가함에 따라, 가상머신이나 컨테이너를 추가적으로 배포합니다.

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• 가상머신의 크기는 최소 몇 GB이지만, 컨테이너의 경우 Guest OS가 없기에 MB단위의 크기를 가집니다.

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• 가상머신은 배포하는데 수분에서 수 십분의 시간이 소요되지만, 컨테이너는 배포에 소요되는 몇 초 밖에 걸리지 않습니다.

(2) 탄력성 / 이식성 / 플랫폼독립성

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컨테이너가 모든 종속 항목들을 자신과 함께 전달하므로, OS나 라이브러리 등의 환경 설정이 호스트 운영 체제와 상관없이 동일하게 유지되며, On-premise 및 클라우드 환경에서 이를 재구성하지 않고 바로 실행할 수 있습니다

이런 특성으로 인해, 컨테이너는 Linux, Windows운영체제, 가상머신, 베어메탈, Local pc, Data Center, Public Cloud등 어느 환경 에서나 운영체제 및 기동 장비 상관없이 어느 환경에서나 구동 되므로 개발 및 배포가 크게 쉬워집니다.

(3)성능

리소스 압박이 큰 경우 애플리케이션 사용이 많은 애플리케이션의 성능은 하이퍼바이저를 사용하는 것보다 컨테이너가 훨씬 우수합니다.

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아래 자료는 2018년도 자료이지만, CPU와 Memory는 성능저하가 거의 없습니다.

컨테이너를 따로 layer로 Layer로 칭하지 않는 이유이기도 합니다.

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(4) 유지 관리 효율

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운영 체제 커널이 하나밖에 없기 때문에 운영 체제 수준에서 업데이트 또는 패치 작업을 한 번만 수행하면 변경 사항이 모든 컨테이너에 적용됩니다.

이를 통해 서버를 더 효율적으로 운영하고 유지 관리할 수 있습니다.

(5) 활용도 향상

컨테이너를 사용하여 개발자와 운영자는 CPU 및 메모리 리소스 활용도를 향상시킬 수 있습니다.

컨테이너는 마이크로서비스 아키텍처도 허용하므로 애플리케이션의 구성을 보다 미세하게 배치 및 스케일링할 수 있습니다.

(6) 보안

컨테이너는 격리된 환경에서 실행되기 때문에, 한 컨테이너에서 발생한 보안 문제가 다른 컨테이너나 호스트 운영체제에 영향을 미치지 않습니다.

2. Docker

도커(Docker)는 개발자와 시스템 관리자가 컨테이너로 애플리케이션을 개발, 배포 및 실행할 수 있는 플랫폼입니다.

이를 컨테이너화(containerization)라고 부르기도 합니다.

도커에 대해 알아보기 전에 도커의 아키텍처에 대해 먼저 설명드리겠습니다.

다음과 같은 형태로 도커가 실행이 되는데 이를 좀더 들여다 보면 아래와 같습니다.

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도커안에는 여러 컴포넌트들이 있지만 크게 3가지로 나누어 보겠습니다.

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도커 주요 컴포넌트

• docker engine
  여러분 모두가 아는 그 엔진, 이 엔진

• containerd / dockerd /cri-o
  container 런타임

• runc
  Open Container Initiative (OCI) 규격에 맞게 컨테이너를 실행하고 생성하는 CLI 도구

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낮은 수준의 컨테이너 런타임

하위 컨테이너 런타임의 주요 작업은 컨테이너를 생성하고 삭제하는 것입니다.

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Docker의 등장

사용자가 컨테이너와 더 쉽게 소통할 수 있도록 컨테이너 관리라는 관리하는 새로운 도구가 탄생했는데, 도커도 그 중 하나입니다.

OCI (Open Container Initiative)는?

• 컨테이너 포맷과 런타임에 대한 개방형 업계 표준을 만들기 위한

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• 목적으로 Linux Foundation 의 지원으로 구성된 오픈 거버넌스 조직 (프로젝트)입니다.

• OCI는 2015년 6월 22일에 Docker 사와  CoreOS 사가 각각 별도로 표준화를 진행하고 있던 컨테이너의 규격을 통일하는 것을

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• 목적으로 Docker, CoreOS 그리고  AWS, Google, Microsoft, IBM 등 주요 플랫폼 벤더가 참여하여 2015 년 6 월에 발족 한

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• 단체입니다.

즉, OCI 는 => 컨테이너 규격을 통일하는 것을 목적으로 만들어진 조직

도커를

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이용한 앱 개발

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간략하게 설명드리자면개발 순서

1. 코드개발

2. Dockerfile 생성

3. Dockerfile Image 생성

4. Container Orchestrator를 통한 배포

5. Container run

6. Container image Push

의 순서로 작동을 하게 됩니다.

여기에서 중요한 점은 코드를 이미지화 하며 배포한다는 점입니다.

잠깐! Oh wait!!
이미지화를 하면 어떤점이 좋을까요?

예를 들어 신규 애플리케이션을 만든다고 가정했을 시 일단 인프라 환경을 먼저 구축할것입니다.

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서버도 만들어야하고 데이터를 저장할 데이터베이스도 만들어야겠죠…

요즘 그래도 CLOUD 환경이 많기에 클릭클릭클릭 만 해주면 예전에 비해 구축법이 많이 간편해 졌습니다!!

(클라우드 짱짱!)

하.지.만! 서버환경이 조금 씩 다른 서버 수십대를 생성하려면....?

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이 또한 매우 반복되는 작업일 것입니다…

이렇게 반복되는 과정속에 ‘필요한것은 미리 만들어 놓자!’ 라는 아이디어가 나오게 되고

서서히 이미지화를 하게 됩니다.

IMAGE

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AWS에서는 AMI(Amazon Machine Image)형태로 이미지를 관리하고

Docker에서는 Docker Image 형태로 이미지를 관리합니다,

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→ 보통 생성된 이미지를 통해 OS를 실행하게 되고,

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→ 실행된 OS에서 이것저것 요청에 따라 설정사항들을 변경하고, 이를 토대로 다시 이미지를 재 생성하게 됩니다.

하. 지. 만.

시간이 서서히 지나면서 이미지가 쌓이게 되면서

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뭐가 변경된 건지 알수가 없습니다… ( 저만 그런가요ㅜㅜ? )

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그래서

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이미 다양한 코드화를 위한 도구들이 존재합니다.

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오늘의 주인공 도커는 도커 파일 로 코드들을 관리하고 있습니다.

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위와같은 전반적인 흐름으로 도커가 실행되고 있습니다.

여기에서! 도커이미지를 Docker Hub같은 Registry에 업로드 할때 PUSH라는 명령어를 쓰고 
각 서버에서 이미지를 다운받을 때 이미지를 떙겨온다 해서 PULL이라는 명령어를 씁니다!

출처

Docker Flow : https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/architecture/microservices/docker-application-development-process/docker-app-development-workflow

1. 컨테이너 이해

1.1 컨테이너란?

컨테이너는 기존의 On-premise 또는 클라우드 환경 등 어디서나 실행될 수 있도록 애플리케이션 코드가 해당 라이브러리 및 종속 항목을 포함하는 독립적으로 실행 가능한 소프트웨어 패키지 입니다.

• 컨테이너는 OS의 기능을 활용하여 프로세스를 격리하고, 격리된 프로세스가 CPU, 메모리, 스토리지, 네트워크 리소스를 쉽게 공유할 수 있게 해줍니다.

• 컨테이너는 격리된 프로세스 형태로 실행되므로 환경에 상관 없이 빠르고 안정적이며 일관된 배포를 보장합니다.

1.2 VM(Virtual Machine)

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VM 은 하이퍼바이저라는 가상화 소프트웨어 계층을 사용하여 하드웨어를 가상화 하고, 각각의 VM을 서로 분리하여 상호작용 할 수 있는 가상 컴퓨팅 환경을 구축하는 기술입니다.

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3

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• 경량: 컨테이너는 시스템 OS 커널을 공유함으로써 애플리케이션 마다 OS가 필요하지 않아 크기가 작고 가볍습니다.

  • 가상머신의 크기는 최소 몇 GB이지만, 컨테이너의 경우 Guest OS가 없기 때문에 몇 MB의 크기를 가집니다.

  • 또한, 가상머신의 경우 배포하는데 수분에서 수십분이 소요되지만, 컨테이너는 배포하는데 단 몇 초 밖에 걸리지 않습니다.

• 이식성 및 플랫폼 독립성: 컨테이너가 모든 종속 항목들을 자신과 함께 전달하므로, OS나 라이브러리 등의 환경 설정이 호스트 운영 체제와 상관없이 동일하게 유지되며, On-premise 및 클라우드 환경에서 이를 재구성하지 않고 바로 실행할 수 있습니다.

• 유지관리 효율: 컨테이너는 OS 커널을 공유하기 때문에 OS 수준에서 업데이트 또는 패치 작업을 한 번만 수행하면 변경 사항이 모든 컨테이너의 적용됩니다. 덕분에 서버를 더 효율적으로 운영/관리할 수 있습니다.

• 활용도 향상: 컨테이너를 사용하여 개발자와 운영자는 CPU 및 메모리 리소스 활용도를 향상시킬 수 있습니다.

  • 컨테이너는 마이크로서비스 아키텍처도 허용하므로 애플리케이션의 구성을 보다 미세하게 배치 및 스케일링할 수 있습니다.
    

• 보안성: 컨테이너는 격리된 환경에서 실행되기 때문에, 한 컨테이너에서 발생한 보안 문제가 다른 컨테이너나 호스트 운영체제에 영향을 미치지 않습니다.

2. 컨테이너 소개

2.1 컨테이너 Runtime

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컨테이너

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• 저수준 Runtime

  • namespace와 cgroup을 이용해서 컨테이너 자체를 만드는 일을 합니다.

  • 이미지로부터 컨테이너를 실행하는 기능은 없습니다.

  • 대표적인 예시: runc

• 고수준 Runtime

  • 저수준 Runtime 위에 배치되어 이미지로부터 컨테이너를 실행할 수 있습니다.

  • 대표적인 예시: Containerd, cri-o

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docker

• docker의 경우, docker-cotainerd라는 고수준 Runtime과 docker-runc라는 저수준 Runtime을 이용해서 제공하고 있습니다.

2.2 컨테이너 Orchestration

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Orchestration

Container Orchestration은 애플리케이션을 구성하고 있는 수십 또는 수백 개의 컨테이너와 호스트들을 배포하고 관리하기 위한 도구입니다.

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• 컨테이너 프로비저닝 및 배포

• 컨테이너 구성 및 스케쥴링 조정

• 컨테이너 상태 모니터링 및 장애 복구

• 컨테이너 추가 또는 제거로 확장 및 축소

• 실행될 컨테이너를 기반으로 애플리케이션 설정

• 컨테이너 간 상호 작용의 보안 유지

3. 쿠버네티스 소개

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4. 쿠버네티스

쿠버네티스는 컨테이너화된 워크로드와 서비스를 관리하기 위한 오케스트레이션 도구 입니다도구입니다.

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4.

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1 쿠버네티스를 구성하는 3가지 방법

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(1) 관리형 쿠버네티스

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퍼블릭 클라우드 업체에서 제공하는 관리형 쿠버네티스

• 구성이 이미 갖춰져 있고 마스터 노드는 클라우드 업체에서 관리합니다.

• 사용자는 필요한 부분들을 애플리케이션에 올려놓고 애플리케이션을 배포하여 사용하는 형태

• 예시: EKS(Amazon Elastic Kubernetes Service), AKS(Azure Kubernetes Service), GKE(Google Kubernetes Service)

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(2

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) 설치형 쿠버네티스

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SUSE, Redhat와 같은 플랫폼에서 패키지화된 쿠버네티스를 제공하는 설치형 쿠버네티스

• 직접 설치할 수 있도록 패키지화된 쿠버네티스를 제공합니다.

• 예시: Rancher, RedHat OpenShift

(3

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) 구성형 쿠버네티스

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사용하는 시스템에 쿠버네티스 클러스터를 자동으로 구성해주는 구성형 쿠버네티스

• 관리형/설치형 쿠버네티스 보다 자유롭게 구성 가능합니다.

• 예시: kubeadm, kops(Kubernetes operations), KRIB(Kubernetes Rebar Integrated Bootstrap), Kuberspray

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4.

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2 쿠버네티스에서 제공하는 기능

(1)서비스 디스커버리와 로드밸런싱

• 쿠버네티스는 DNS 이름을 사용하거나 자체 IP 주소를 사용하여 컨테이너를 노출할 수 있습니다.

• 트래픽이 많아지면, 자동으로 네트워크 트래픽을 로드밸런싱하여 배포가 안정적으로 이루어질 수 있도록 합니다.

• 스토리지 오케스트레이션

  • 로컬 저장소, 공용 클라우드 등과 같이 원하는 저장소 시스템을 자동으로 탑재할 수 있습니다.

• 자동화된 롤아웃과 롤백

  • 롤아웃: 새로운 버전의 애플리케이션을 배포할 때, 이전 버전과 새로운 버전을 비교하여 설정한 속도에 따라 변경(전환) 할 수 있습니다.

  • 롤백: 배포 중 문제가 발생하거나, 이전 버전으로 되돌아가야할 때, 롤백을 지원합니다.

  • 롤아웃과 롤백은 이벤트 로그를 자동으로 기록하며, 추적이 가능합니다. 하여 이를 통해 배포 이력을 관리 할 수 있습니다.

• 자동화된 빈 패킹

  • 컨테이너화된 작업을 실행하는데 사용할 수 있는 클러스터 노드를 제공합니다.

• 시크릿과 구성 관리

  • 시크릿된 정보들은 암호화되어 저장됩니다.

  • 시크릿과 애플리케이션 구성을 안전하게 배포하고 업데이트할 수 있습니다.

• 자동화된 복구

  • 오류가 발생하거나 노드가 죽었다면, 컨테이너를 재시작하고 다시 스케쥴링합니다스케줄링합니다.

• 배치 실행

  • 배치(일괄적으로 모아서 한 번에 처리하는 것) 단위의 작업을 실행할 수 있도록 하며, 주기적인 배치 작업도 실행할 수 있습니다.

• Auto Scailing

  • CPU 사용률이나 애플리케이션이 제공하는 Metric을 모니터링하여 애플리케이션에서 실행되는 인스턴스의 수를 조정할 수 있습니다.

  • CPU 사용율을 기반(HPA, horizontal Pod Autoscaling)으로 인스턴스 수를 자동 조절 할 수 있으며, POD의 CPU와 메모리 사용량 기반(VPA, Vertical Pod Autoscaling)으로 인스턴스를 조정할 수 있습니다.

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