Cluster Architecture 정리

Kubernetes Cluster Architecture 

Kubernetes Cluster Architecture는 클러스터가 어떻게 구성되고, 요청이 어떻게 처리되며, 각 컴포넌트가 어떤 역할을 하는지를 설명한다.
CKA 시험에서 가장 기본이면서도 가장 많이 연결되는 영역이다.

 

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1. Kubernetes Cluster 구성 개요

Kubernetes 클러스터는 크게 두 영역으로 나뉜다.

🔹 Control Plane (Master Node)

• 클러스터 관리·제어
• 상태 판단 및 의사결정

🔹 Data Plane (Worker Node)

• 실제 애플리케이션(Pod) 실행

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2. Control Plane (Master Node)

클러스터의 두뇌 역할
직접 컨테이너를 실행하지 않음

 

구성 요소 정리

2-1. kube-apiserver

• 모든 요청의 단일 진입점
• 인증(Authentication), 인가(Authorization), 검증(Validation) 수행
• etcd와 통신하는 유일한 컴포넌트

📌 핵심:

• kubectl → kube-apiserver → etcd

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2-2. etcd

• 분산 Key-Value 저장소
• 클러스터의 모든 상태 정보 저장
  • Nodes, Pods, ConfigMaps, Secrets, RBAC 등

📌 특징:

• Strong Consistency (RAFT)

장애 시 클러스터 치명적

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2-3. kube-scheduler

• 새로 생성된 Pod를 어느 Worker Node에 배치할지 결정
• 기준:
  • 리소스(CPU, Memory)
  • Taints/Tolerations
  • Affinity/Anti-Affinity

📌 실행은 하지 않고 결정만 한다

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2-4. kube-controller-manager

• 클러스터 상태 감시
• Desired State ≠ Current State → 자동 복구

대표 컨트롤러:

• Node Controller
• Deployment / ReplicaSet Controller
• Job / CronJob Controller

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3. Worker Node

실제 컨테이너가 실행되는 노드

 

구성 요소 정리

3-1. kubelet

• Worker Node의 핵심 에이전트
• 역할:
  • Node 등록
  • Pod 생성
  • Pod 상태를 kube-apiserver에 보고

📌 kubelet이 없으면 Pod 실행 불가

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3-2. Container Runtime

• 컨테이너 실행 담당
• 예:
  • containerd
  • CRI-O

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3-3. kube-proxy

• Service 네트워크 담당
• Service IP → Pod IP로 트래픽 전달
• iptables / ipvs 규칙 생성

📌 특징:

• 모든 Worker Node에서 실행
• DaemonSet 형태
• 직접 트래픽 처리 ❌ (규칙만 설정)

 

4. 요청 흐름 (kubectl → Pod 생성)

아키텍처 이해의 핵심 흐름

1. 사용자가 kubectl apply
2. kube-apiserver
   • 인증 / 인가 / 검증
3. etcd에 상태 저장
4. kube-scheduler가 노드 선택
5. kubelet이 Pod 생성
6. 상태를 kube-apiserver에 보고

📌 kube-apiserver 중심 구조

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5. Service & Networking 구조

• Pod IP는 휘발성
• Service는 고정된 접근 지점

역할 분리

• CNI: Pod ↔ Pod 통신
• kube-proxy: Service ↔ Pod 연결

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6. Master vs Worker 요약 비교

구분	Master	worker
역할	관리/제어	실행
Pod 실행	❌	✅
kube-apiserver	✅	❌
etcd	✅	❌
kubelet	❌	✅
kube-proxy	❌	✅

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7. Cluster Architecture 한 줄 요약

Kubernetes는 모든 판단은 Control Plane에서,
모든 실행은 Worker Node에서 이루어지는 구조다.

 

8. 실습 명령어 기준 정리

# 클러스터 / 노드
kubectl get nodes
kubectl get nodes -o wide

# Control Plane 컴포넌트
kubectl get pods -n kube-system
kubectl describe pod -n kube-system kube-apiserver-<master-name>
cat /etc/kubernetes/manifests/kube-apiserver.yaml

# etcd
kubectl get pods -n kube-system | grep etcd
kubectl exec -n kube-system etcd-<master-name> -- \
etcdctl get / --prefix --keys-only

ETCDCTL_API=3 etcdctl snapshot save snapshot.db
ETCDCTL_API=3 etcdctl snapshot status snapshot.db

# Scheduler / Pending Pod
kubectl get pods
kubectl describe pod <pod-name>

# Worker Node / kubelet
systemctl status kubelet
ps -ef | grep kubelet

# Container Runtime
kubectl describe node <node-name> | grep -i runtime
crictl info

# kube-proxy
kubectl get pods -n kube-system | grep kube-proxy
kubectl get daemonset kube-proxy -n kube-system

# Service / Networking
kubectl get svc
kubectl get endpoints
kubectl get endpointslices

# Pod 생성 흐름
kubectl apply -f pod.yaml
kubectl get pods
kubectl describe pod <pod-name>