Part 2. 백엔드 개발과 Kubernetes

Ch 2. Kubernetes를 위한 애플리케이션 생성

카테고리 : 백엔드 개발자를 위한 Kubernetes 클라우드 네이티브 프로그래밍 초격차 패키지

Ch 2. Kubernetes를 위한 애플리케이션 생성

01. Kubernetes를 위한 애플리케이션 생성

Kubernetes를 위한 애플리케이션 생성

쿠버네티스에서 애플리케이션을 실행하기 위해서는 먼저 애플리케이션을 컨테이너 이미지로 만들어야 한다.

과거에는 서버에 직접 JDK를 설치하고, 빌드된 JAR 파일을 복사한 뒤 실행하는 방식이 일반적이었다. 하지만 Docker가 대중화된 이후에는 애플리케이션 실행에 필요한 모든 구성 요소를 하나의 컨테이너 이미지에 포함하는 방식이 보편화되었다.

Spring Project
      ↓
application.jar
      ↓
Container Image
      ↓
Container

이렇게 생성된 컨테이너 이미지는 Docker와 같은 컨테이너 런타임을 통해 실행될 수 있다.

Kubernetes에서의 실행 단위

컨테이너는 애플리케이션 실행의 기본 단위이지만 Kubernetes에서는 컨테이너를 직접 배포하지 않는다.

Kubernetes가 관리하는 가장 작은 배포 단위는 Pod 이다.

graph LR
    Container --> Pod
    Pod --> ReplicaSet
    ReplicaSet --> Deployment

Pod는 하나 이상의 컨테이너를 포함할 수 있으며, 같은 Pod 내부의 컨테이너들은 네트워크와 저장소를 비교적 자유롭게 공유할 수 있다.

Kubernetes의 주요 Workload

Kubernetes는 다양한 실행 목적에 맞는 Workload 객체를 제공한다.

graph LR
    CronJob
    Job
    Deployment
    StatefulSet
    DaemonSet

각 객체의 역할은 다음과 같다.

객체역할
Deployment일반적인 서버 애플리케이션 배포
StatefulSet상태를 가지는 애플리케이션 실행
DaemonSet모든 노드에 하나씩 Pod 실행
Job일회성 작업 실행
CronJob스케줄 기반 작업 실행

실제 운영 환경에서는 대부분 Deployment를 사용하며, ReplicaSet은 Deployment 내부에서 자동으로 관리된다. Deployment는 ReplicaSet의 기능에 더해 버전 관리, 롤링 업데이트, 롤백 기능까지 제공한다.

애플리케이션의 Kubernetes 배포 과정

일반적인 배포 과정은 다음과 같다.

graph LR
    A[Source Code]
    --> B[Container Image]

    B --> C[Deployment]

    C --> D[Pod]

    D --> E[Service]
  1. 애플리케이션을 컨테이너 이미지로 생성
  2. Deployment 작성
  3. Pod 생성
  4. Service 연결
  5. 외부 또는 내부 네트워크에 노출

배포 과정에서 필요에 따라 다음과 같은 설정을 추가할 수 있다.

  • Label
  • Node Selector
  • Affinity
  • Environment Variable
  • ConfigMap
  • Secret
  • Volume

애플리케이션의 Containerization

컨테이너 이미지를 생성하는 방법은 여러 가지가 있지만 대표적으로 Dockerfile과 Gradle Jib를 많이 사용한다.

Dockerfile 사용

FROM openjdk:19

COPY ./build/libs/my-app-*.jar /app.jar

CMD ["java", "-jar", "/app.jar"]
설정 설명
FROM
FROM openjdk:19

컨테이너 이미지의 베이스 이미지를 지정한다.

위 예제에서는 OpenJDK 19가 설치된 이미지를 사용한다.

COPY
COPY ./build/libs/my-app-*.jar /app.jar

빌드된 JAR 파일을 컨테이너 내부로 복사한다.

호스트 파일
↓
./build/libs/my-app.jar

컨테이너 내부
↓
/app.jar
CMD
CMD ["java", "-jar", "/app.jar"]

컨테이너가 실행될 때 수행할 명령어를 지정한다.

Docker 이미지 빌드

docker build -t my-repo/my-app:0.0.1 .
옵션 설명
-t
-t my-repo/my-app:0.0.1

생성될 이미지 이름과 태그를 지정한다.

Repository : my-repo/my-app
Tag        : 0.0.1

Gradle Jib 사용

Docker를 설치하지 않고도 이미지를 생성할 수 있다.

jib {
    from {
        image = "openjdk:19"
    }

    to {
        image = "my-repo/my-app"
        tags = ['latest', '0.0.1']
    }

    container {
        creationTime = "USE_CURRENT_TIMESTAMP"
    }
}
설정 설명
from
from {
    image = "openjdk:19"
}

베이스 이미지를 지정한다.

to
to {
    image = "my-repo/my-app"
}

생성될 이미지 이름을 지정한다.

tags
tags = ['latest', '0.0.1']

하나의 이미지에 여러 태그를 부여할 수 있다.

creationTime
creationTime = "USE_CURRENT_TIMESTAMP"

이미지 생성 시간을 현재 시각으로 설정한다.

Deployment 스펙 작성

이미지를 만들었다면 이제 Kubernetes에 배포할 Deployment를 작성한다.

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment

metadata:
  name: my-app

spec:
  replicas: 2

  selector:
    matchLabels:
      app: my-app

  template:
    metadata:
      labels:
        app: my-app

    spec:
      containers:
      - name: my-container
        image: my-repo/my-app:0.0.1

Deployment 설정 설명

apiVersion
apiVersion: apps/v1

Deployment API 버전

kind
kind: Deployment

생성할 객체 유형

metadata.name
metadata:
  name: my-app

Deployment 이름

replicas
replicas: 2

동시에 실행할 Pod 개수

replicas: 2

→ Pod 2개 생성
selector
selector:
  matchLabels:
    app: my-app

Deployment가 관리할 Pod를 식별하는 기준

template.metadata.labels
labels:
  app: my-app

생성될 Pod의 Label

selector와 동일해야 한다.

containers
containers:
- name: my-container

Pod 내부에서 실행될 컨테이너 정의

image
image: my-repo/my-app:0.0.1

실행할 컨테이너 이미지

환경 변수 추가

애플리케이션 실행 시 환경 변수를 주입할 수도 있다.

containers:
- name: my-container
  image: my-repo/my-app:0.0.1

  env:
  - name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
    value: "dev"

env

env:

컨테이너 환경 변수 정의

SPRING_PROFILES_ACTIVE

- name: SPRING_PROFILES_ACTIVE
  value: "dev"

Spring Boot의 활성 프로파일 지정

application-dev.yml

설정이 적용된다.

Kubernetes 적용

Deployment YAML 작성이 완료되었다면 다음 명령어로 클러스터에 적용할 수 있다.

kubectl apply -f my-app.yaml

실행 흐름은 다음과 같다.

graph LR
    A[my-app.yaml]
    --> B[kubectl apply]
    --> C[Deployment]
    --> D[ReplicaSet]
    --> E[Pod]

Deployment가 생성되면 내부적으로 ReplicaSet이 생성되고, ReplicaSet이 실제 Pod를 생성 및 관리하게 된다.

정리

Kubernetes에서 애플리케이션을 배포하는 과정은 크게 다음 순서로 이루어진다.

Spring Project
↓
Jar Build
↓
Container Image 생성
↓
Deployment 작성
↓
Pod 생성
↓
Service 연결
↓
운영

실제 운영 환경에서는 Deployment를 중심으로 ConfigMap, Secret, Volume, Service, Ingress 등을 함께 사용하여 완전한 애플리케이션 실행 환경을 구성하게 된다.

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