Minikube 와 함께하는 Kubernetes Study 1

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yundream
2023-12-02
2023-01-10
42878

![kubernetes](https://docs.google.com/drawings/d/e/2PACX-1vQAW2-lotArfeVQGTrD7sJ_B9nkYba9uZqnmXDwKyJhp5s-yjJgrAHmyPD8YxMnmvvIzEY-nNDb0v-a/pub?w=1748&h=388)
## Minikube
[Minikube 와 함께하는 Kubernetes 목차](https://www.joinc.co.kr/w/kubernetes_minikube_index)

Kubenetes(k8s)는 핫한 기술이기는 하지만 설치/운영은 어렵다. K8s는 개념도 복잡한데다가 설치 하는 것 자체가 하나의 과업이다 보니 진입 문턱이 매우 높다. 당장 클러스터를 구성해야 하는데, GCP나 AWS를 이용하려고 하면 비용이 문제고 로컬에 구성하려고 하면 클러스터 구성에서 부터 만만한 작업이 아니다.

**Minikube**는 MacOS, Linux, Windows에서 로컬로 간단하게 Kubernetes 클러스터를 구현하도록 도와주는 툴이다. Minikube는 아래의 Kubenetes 기능을 지원한다.
- 로드밸런서 : minikube tunnel. 로드밸런서를 이용해서 서비스를 인터넷에 노출 할 수 있다. 이 방법을 사용하는 각 서비스에 고유한 IP 주소가 할당된다.
- 다중 클러스터 : minikube start -p name 
- NodePort : minikube service
* 영구(Persistent) 볼륨 : minikube는 PersistentVolumes를 지원한다. Minikube VM 혹은 베어메탈의 로컬호스트에서 만들어진 디렉토리에 파일을 영구적으로 유지하도록 구성 할 수 있다
* Ingress : Ingress는 외부에서의 접속 규칙을 정의하는 API 객체다. NGINX ingress controll를 이용해서 Minikube ingress 규칙을 설정 할 수 있다. 
* Dashboard 
* Container runtimes : minikube의 **Docker**를 기본 컨테이너 런타임으로 사용한다.  
* Apiserver와 kubelet 옵션 
* Addons 기능
* NVIDIA GPU support
* Filesystem mounts

Minikube로 운영은 할 수 없지만 Kubernetes 학습을 위한 완전한 환경을 만들 수 있다.

## Minikube 설치와 Hello World Application 배포
이 문서에서 Minikube를 설치하고 Hello World Application을 배포하는 법을 살펴보려 한다. 일단 애플리케이션 배포를 성공하고 차근 차근 세부 개념들을 실습위주로 익혀보자.

## 설치 사양
최소 설치 사양은 아래와 같다. 매우 가볍기 때문에 부담없이 설치 할 수 있다.
- 2개 이상의 CPU
- 2G 이상의 여유 메모리
- 20G 이상의 여유 디스크 공간
- 인터넷 연결
- Docker, Hyperkit, Hyper-V, KVM, Parallels, Podman, VirtualBox, VMWare 등의 컨테이너 혹은 가상 머신 관리자 중 하나

이 문서는 우분투 리눅스 22.10를 기준으로 작성했다.

## Docker install
Kubernetes는 Docker를 기반으로 하는 시스템이다. 아직 Docker를 설치하지 않았다면, [Docker install](https://www.joinc.co.kr/w/man/12/docker/install) 문서를 참고해서 Docker를 설치한다.

## Minikube 설치
```shell
curl -LO https://storage.googleapis.com/minikube/releases/latest/minikube-linux-amd64
sudo install minikube-linux-amd64 /usr/local/bin/minikube
```

## Cluster 시작
```
minikube start
```
아래와 같은 메시지가 나오면 설치 성공이다.
```
?  Ubuntu 22.10 의 minikube v1.29.0
✨  자동적으로 docker 드라이버가 선택되었습니다. 다른 드라이버 목록: none, ssh
?  Using Docker driver with root privileges
?  minikube 클러스터의 minikube 컨트롤 플레인 노드를 시작하는 중
?  베이스 이미지를 다운받는 중 ...
?  쿠버네티스 v1.26.1 을 다운로드 중 ...
    > preloaded-images-k8s-v18-v1...:  397.05 MiB / 397.05 MiB  100.00% 12.40 M
    > gcr.io/k8s-minikube/kicbase...:  407.18 MiB / 407.19 MiB  100.00% 8.91 Mi
?  Creating docker container (CPUs=2, Memory=3400MB) ...
?  쿠버네티스 v1.26.1 을 Docker 20.10.23 런타임으로 설치하는 중
    ▪ 인증서 및 키를 생성하는 중 ...
    ▪ 컨트롤 플레인이 부팅...
    ▪ RBAC 규칙을 구성하는 중 ...
?  Configuring bridge CNI (Container Networking Interface) ...
    ▪ Using image gcr.io/k8s-minikube/storage-provisioner:v5
?  Kubernetes 구성 요소를 확인...
?  애드온 활성화 : storage-provisioner, default-storageclass

❗  /usr/local/bin/kubectl is version 1.18.8, which may have incompatibilities with Kubernetes 1.26.1.
    ▪ Want kubectl v1.26.1? Try 'minikube kubectl -- get pods -A'
?  끝났습니다! kubectl이 "minikube" 클러스터와 "default" 네임스페이스를 기본적으로 사용하도록 구성되었습니다.
```

## Cluster 확인 
kubectl을 이용해서 cluster를 관리 할 수 있다. kubectl을 설치해야 하는데 직접 다운로드해서 설치하는 방법도 있지만 minikube를 이용해서 설치 할 수도 있다.
```shell
minikube kubectl -- get po -A
```
만약 설치가 안됐다면 아래와 같이 kubectl을 설치한다.
```
    > kubectl.sha256:  64 B / 64 B [-------------------------] 100.00% ? p/s 0s
    > kubectl:  45.80 MiB / 45.80 MiB [------------] 100.00% 24.48 MiB p/s 2.1s
NAMESPACE     NAME                               READY   STATUS    RESTARTS        AGE
kube-system   coredns-787d4945fb-r29h2           1/1     Running   0               8m29s
kube-system   etcd-minikube                      1/1     Running   0               8m41s
kube-system   kube-apiserver-minikube            1/1     Running   0               8m41s
kube-system   kube-controller-manager-minikube   1/1     Running   0               8m41s
kube-system   kube-proxy-tj9sz                   1/1     Running   0               8m29s
kube-system   kube-scheduler-minikube            1/1     Running   0               8m41s
kube-system   storage-provisioner                1/1     Running   1 (7m59s ago)   8m40s
```
아래와 같이 alias를 설정하면 kubectl을 사용하는 것처럼 사용 할 수 있다.
```bash
alias kubectl="minikube kubectl --"
```
실행하면 cluster의 pod 목록을 확인 할 수 있다. 지금은 기본 pod가 출력될 것이다.
```shell
$ kubectl get po -A
NAMESPACE     NAME                               READY   STATUS    RESTARTS      AGE
kube-system   coredns-787d4945fb-r29h2           1/1     Running   0             13m
kube-system   etcd-minikube                      1/1     Running   0             13m
kube-system   kube-apiserver-minikube            1/1     Running   0             13m
kube-system   kube-controller-manager-minikube   1/1     Running   0             13m
kube-system   kube-proxy-tj9sz                   1/1     Running   0             13m
kube-system   kube-scheduler-minikube            1/1     Running   0             13m
kube-system   storage-provisioner                1/1     Running   1 (13m ago)   13m
```

## Hello Application 배포
### Kubenetes NODE, POD, Service
Kubernetes에서의 애플리케이션을 배포하기 위해서 알고 있어야 하는 컴포넌트는 NODE, POD, Service 3개다.
![Kubernetes](https://docs.google.com/drawings/d/e/2PACX-1vQodZak92eLoUu9PVLx1QbvtcEYmSsaOShLIdKhbJMFqcujSUjhjF0qIXj4FTuQootoxMklQQClXwUt/pub?w=716&h=806)
K8s는 분산 컴퓨팅 플랫폼으로 하나 이상의 컴퓨터 시스템(서버)로 구성된다. 이를 **NODE**라고 한다.

**POD**는 애플리케이션 배포단위이다. 컨테이너 기반의 애플리케이션이라고 이해하면 된다. 컨테이너를 실행하기 위한 컨테이너 런타임은 다양한 것들이 사용될 수 있으나 일반적으로는 Docker를 많이 사용한다.

**Deployment**는 POD를 어떻게 실행할지에 대한 설정 정보를 가지고 있다. 어떤 도커 이미지를 사용 할 것인지, 몇 개의 복제본을 실행할 것인지에 대한 정보를 가지고 있으며 이 정보에 따라서 POD를 실행하고 관리한다.

**Service**는 하나 이상의 **POD**의  그룹이다. POD는 노드위에서 옮겨 다니는 컨테이너이기 때문에 고정할 수 없다. 서비스를 이용해서 이들 POD을 관리 할 수 있다.

### Deployment
그럼 hello-world 애플리케이션을 deploy 해보자.
```shell
kubectl create deployment hello-minikube --image=k8s.gcr.io/echoserver:1.4
```
create deployment 명령으로 deployment를 생성할 수 있다. deployment는 pod 즉 컨테이너를 실행하기 때문에 컨테이너를 실행할 image를 설정해야 한다. 여기에서는 구글이 제공하는 echoserver:1.4 이미지를 설정했다.

get deployments 명령으로 deployment 목록을 조회할 수 있다.
```shell
$ kubectl get deployments 
NAME             READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
hello-minikube   1/1     1            1           69s
```

deployment는 pod를 샐성한다고 했으니 get pod 명령으로 pod 목록을 조회해 보자.
```shell
$ kubectl get pods       
NAME                              READY   STATUS    RESTARTS   AGE
hello-minikube-7474c89846-2mgb8   1/1     Running   0          81s
```

### Service 만들기
지금 하나의 POD로 구성된 deployment를 만들었지만 이 POD는 클러스터의 내부 IP만 가지고 있기 때문에 외부에서 접근할 수 없다. 외부에서 접근하려고 하면 클러스터 가상 네트워크 바깥에서 컨테이너에 접근 할 수 있도록 POD를 **kubenetes 서비스(service)로 노출(expose)** 해야 한다.

kubectl expose 명령과 --type=LoadBalancer 플래그를 사용해서 서비스를 만들 수 있다.
```shell
kubectl expose deployments hello-minikube --type=LoadBalancer --port=8080
```

이제 8080 포트를 이용해서 외부에서 접근 할 수 있다. 전체 서비스 목록을 살펴보자.
```shell
kubectl get services 
```

대략 아래와 같은 결과를 확인 할 수 있을 것이다.
```shell
NAME             TYPE           CLUSTER-IP    EXTERNAL-IP   PORT(S)          AGE
hello-minikube   LoadBalancer   10.111.2.22   <pending>     8080:31493/TCP   3m24s
kubernetes       ClusterIP      10.96.0.1     <none>        443/TCP          6h53m
```

AWS와 같은 클라우드 환경에서는 서비스에 접근 할 수 있도록 외부 IP 주소가 할당되지만 로컬 PC에서는 **minikube service** 명령어로 서비스에 접근 할 수 있다.
```shell
$ minikube service hello-minikube
|-----------|----------------|-------------|---------------------------|
| NAMESPACE |      NAME      | TARGET PORT |            URL            |
|-----------|----------------|-------------|---------------------------|
| default   | hello-minikube |        8080 | http://192.168.49.2:32690 |
|-----------|----------------|-------------|---------------------------|
?  Opening service default/hello-minikube in default browser...
```
이제 해당 URL로 브라우저를 이용해서 접근 할 수 있다.
![minikube service test](https://docs.google.com/drawings/d/e/2PACX-1vSaS0cXwTIngusBqB6UdOj6paXUpPuhnk5CWTAOmZ-muN3DMSr5atAoT2ilKbSnz_iQyd8hdvE7VfkZ/pub?w=926&h=602)
혹은 **kubectl port-forward** 명령으로 포트워딩해서 서비스에 접근 할 수 있다.
```shell
kubectl port-forward service/hello-minikube 7080:8080 
```
웹브라우저를 이용해서 localhost:7080으로 접근하면 된다.

### Dashboard
minikube dashboard 명령으로 클러스터를 모니터링 할 수 있는 대시보드를 실행 할 수 있다.
![minikube dashboard](https://docs.google.com/drawings/d/e/2PACX-1vRtr424yMGjVWcZaMOUD65xHG1eZ6leXa0ZNgpl1NbNiKPQl_OgAUZN7nE74bCvYft2Tmw-AQGY8f76/pub?w=916&h=688)
### 삭제
이제 service, deploy를 삭제하고 마무리 하자.
```shell
kubectl delete service hello-minikube 
kubectl delete deployment hello-minikube
```

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