Kubernetes Series

컨테이너 오케스트레이션의 표준 — 아키텍처 이론부터 심화 운영까지

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🎯 시리즈 목적

왜 Kubernetes인가

Docker로 컨테이너를 실행할 수 있지만, 수십~수천 개의 컨테이너를 관리하려면 오케스트레이션이 필요함. Kubernetes(K8s)는 컨테이너 오케스트레이션의 사실상 표준임.

• CNCF 졸업 프로젝트, 모든 주요 클라우드(AWS EKS, Azure AKS, GCP GKE) 지원
• 인프라 엔지니어의 필수 역량 — CKA 자격증이 업계 표준
• Docker(단일 호스트) → Kubernetes(클러스터) → 서비스 메시/GitOps로 이어지는 학습 경로

시리즈 구성

구분	범위	대상
기본편 (#1~#12)	K8s 아키텍처, 핵심 오브젝트, 네트워크, 스토리지, 운영	CKA 범위. K8s를 이해하고 운영하기 위한 필수 지식
심화편 (#13~#18)	Service Mesh, Operator, 보안 강화, 멀티클러스터, FinOps, Serverless	CKA 이후. 프로덕션 환경의 고급 주제

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📐 시리즈 구성 철학

flowchart TD
    subgraph Core["기본편 (#1~#12) — CKA 범위"]
        subgraph P1["Phase 1: 기초"]
            K1["#1 Overview"]
            K2["#2 Cluster Architecture"]
        end
        subgraph P2["Phase 2: 핵심 오브젝트"]
            K3["#3 Pod & Workload"]
            K4["#4 Service & Networking"]
            K5["#5 Storage"]
            K6["#6 Configuration"]
        end
        subgraph P3["Phase 3: 보안 & 운영"]
            K7["#7 RBAC & Security"]
            K8["#8 Scheduling"]
            K9["#9 Observability"]
            K10["#10 Cluster Admin"]
        end
        subgraph P4["Phase 4: 에코시스템"]
            K11["#11 Helm"]
            K12["#12 CI/CD & GitOps"]
        end
        P1 --> P2 --> P3 --> P4
    end

    subgraph Advanced["심화편 (#13~#18) — 프로덕션 고급"]
        K13["#13 Service Mesh"]
        K14["#14 Operator & CRD"]
        K15["#15 보안 심화"]
        K16["#16 멀티클러스터"]
        K17["#17 FinOps"]
        K18["#18 Serverless"]
    end

    Core --> Advanced

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📚 기본편 목차 (#1~#12) — CKA 범위

Phase 1: 기초

#	제목	상태
1	Kubernetes Overview	✅
2	Cluster Architecture	✅

Phase 2: 핵심 오브젝트

#	제목	상태
3	Pod & Workload Resources	✅
4	Service & Networking	✅
5	Storage — PV, PVC, StorageClass	✅
6	ConfigMap, Secret & Configuration	✅

Phase 3: 보안 & 운영

#	제목	상태
7	RBAC & Security	✅
8	Scheduling & Resource Management	✅
9	Observability — 로깅 & 모니터링	✅
10	Cluster Administration	✅

Phase 4: 에코시스템

#	제목	상태
11	Helm & Package Management	✅
12	CI/CD & GitOps	✅

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📚 심화편 목차 (#13~#18) — 프로덕션 고급

#	제목	상태
13	Service Mesh — Istio & Linkerd	✅
14	Operator Pattern & CRD	✅
15	보안 심화 — OPA, Falco, Supply Chain	✅
16	멀티클러스터 & Federation	✅
17	FinOps — K8s 비용 최적화	✅
18	Serverless on K8s — Knative	✅

✅ = 작성 완료 / 📋 = 목차 확정, 미작성

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📋 기본편 상세 목차

#1 Kubernetes Overview ✅

1. K8s란 (역사, 설계 원칙, 해결하는 문제)
2. 아키텍처 전체 그림 (Control Plane, Worker Node)
3. 핵심 오브젝트 맵
4. 배포판/관리형 서비스 비교
5. Docker → K8s 대응표
6. CKA 시험 매핑

#2 Cluster Architecture

1. Control Plane 컴포넌트
   - API Server — REST API, 인증/인가, Admission Control
   - etcd — Raft 합의, 스냅샷 백업/복원
   - kube-scheduler — 필터링 → 스코어링
   - kube-controller-manager — 컨트롤 루프 모음
   - cloud-controller-manager

2. Worker Node 컴포넌트
   - kubelet — CRI를 통해 Container Runtime 호출
   - kube-proxy — iptables/IPVS
   - Container Runtime — containerd, CRI-O

3. 통신 흐름 (kubectl → API → etcd → kubelet → Runtime)

4. etcd 심화 (Raft, 클러스터, 백업/복원, stacked vs external)

5. HA 구성 (Control Plane HA, etcd HA, Worker 장애 처리)

6. Proxmox/VMware 위에 K8s 배포 (VM 설계, kubeadm 설치)

#3 Pod & Workload Resources

1. Pod (생명주기, Multi-container 패턴, Init Container, Probe, PDB)
2. ReplicaSet
3. Deployment (롤링 업데이트, 롤백, 배포 전략)
4. StatefulSet (안정적 ID, 순차 생성, Headless Service)
5. DaemonSet
6. Job & CronJob

#4 Service & Networking

1. K8s 네트워킹 모델 (Pod IP, CNI)
2. Service (ClusterIP, NodePort, LoadBalancer, ExternalName, kube-proxy)
3. DNS (CoreDNS)
4. Ingress (Nginx/Traefik, TLS, 경로/호스트 라우팅)
5. NetworkPolicy (Ingress/Egress 규칙)
6. CNI 비교 (Flannel, Calico, Cilium, Weave)

#5 Storage

1. K8s 스토리지 모델 (Volume → PV → PVC → StorageClass)
2. Volume 유형 (emptyDir, hostPath, NFS, Ceph)
3. PV & PVC (Access Mode, Reclaim Policy)
4. StorageClass & Dynamic Provisioning
5. CSI (Container Storage Interface)
6. StatefulSet + PVC 패턴

#6 ConfigMap, Secret & Configuration

1. ConfigMap (환경변수, 볼륨 마운트, CLI 인자)
2. Secret (유형, Base64, etcd 암호화, External Secrets)
3. 환경변수 주입 패턴
4. Resource Requests & Limits (QoS, LimitRange, ResourceQuota)

#7 RBAC & Security

1. 인증 (X.509, Service Account, OIDC)
2. RBAC (Role/ClusterRole, RoleBinding/ClusterRoleBinding)
3. Service Account
4. Pod Security (PSS, Security Context, PSA)
5. NetworkPolicy
6. 이미지 보안 (스캐닝, 서명, Private Registry)

#8 Scheduling & Resource Management

1. kube-scheduler (필터링 → 스코어링)
2. nodeSelector, Node Affinity, Pod Affinity/Anti-Affinity
3. Taint & Toleration (전용 노드 패턴)
4. HPA, VPA, Cluster Autoscaler
5. Priority & Preemption

#9 Observability

1. Metrics Server, Prometheus, Grafana, kube-state-metrics
2. 로깅 (kubectl logs, 중앙 집중: EFK, Loki)
3. 트레이싱 (Jaeger, Tempo, OpenTelemetry)
4. 디버깅 (describe, logs, exec, ephemeral container)

#10 Cluster Administration

1. kubeadm 클러스터 설치
2. 클러스터 업그레이드 (drain → upgrade → uncordon)
3. etcd 백업/복원
4. 인증서 관리/갱신
5. 트러블슈팅 (NotReady, CrashLoopBackOff, DNS 등)
6. 노드 관리 (cordon/drain/uncordon)

#11 Helm & Package Management

1. Helm 핵심 (Chart, Release, Repository, values.yaml)
2. 실전 (공개 Chart, 커스텀 Chart, 환경별 values)
3. Kustomize (base + overlay, kubectl apply -k)

#12 CI/CD & GitOps

1. K8s CI/CD 패턴 (이미지 빌드 → 매니페스트 → 배포)
2. GitOps 개념 (Git = Single Source of Truth, Pull 기반)
3. ArgoCD (Application CRD, Sync, Health)
4. Flux (비교)

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📋 심화편 상세 목차

#13 Service Mesh — Istio & Linkerd

1. Service Mesh란
   - 마이크로서비스 간 통신의 복잡성 (서비스 디스커버리, 로드밸런싱, 재시도, 서킷 브레이커)
   - 애플리케이션 코드에서 네트워크 로직을 분리 → 인프라 레이어로 이동
   - Sidecar Proxy 패턴 — 각 Pod에 프록시(Envoy)를 주입

2. Istio 아키텍처
   - Control Plane: istiod (Pilot, Citadel, Galley 통합)
   - Data Plane: Envoy Proxy (Sidecar)
   - Traffic Management — VirtualService, DestinationRule
   - mTLS — 서비스 간 자동 TLS 암호화
   - Observability — 분산 트레이싱, 메트릭, Kiali 대시보드

3. 트래픽 제어
   - 카나리 배포 (가중치 기반 트래픽 분할)
   - A/B 테스트 (헤더 기반 라우팅)
   - 서킷 브레이커, 재시도, 타임아웃
   - 장애 주입 (Fault Injection) — 카오스 엔지니어링

4. Linkerd
   - Istio보다 경량, Rust 기반 프록시
   - Istio vs Linkerd 비교 (복잡도, 성능, 기능)

5. Service Mesh가 필요한/필요 없는 상황
   - 서비스 10개 미만 → 오버킬
   - 서비스 수십 개+ → mTLS, 관찰성, 트래픽 제어 필요
   - Ingress만으로 충분한 경우 vs Service Mesh가 필요한 경우

#14 Operator Pattern & CRD

1. CRD (Custom Resource Definition)
   - K8s API를 확장하는 방법
   - Custom Resource = K8s 네이티브 오브젝트처럼 관리되는 사용자 정의 리소스
   - kubectl로 CRUD 가능

2. Operator 패턴
   - CRD + Custom Controller = Operator
   - "운영자의 지식을 코드로" — DB 백업, 스케일링, 업그레이드를 자동화
   - Reconciliation Loop (현재 상태 → 원하는 상태)

3. 대표 Operator 사례
   - Prometheus Operator — 모니터링 자동 설정
   - Cert-Manager — TLS 인증서 자동 발급/갱신
   - PostgreSQL Operator (Zalando/CrunchyData)
   - Rook-Ceph Operator — Ceph 스토리지를 K8s 네이티브로

4. Operator 개발
   - Operator SDK (Go, Ansible, Helm 기반)
   - Kubebuilder
   - Operator 성숙도 모델 (Level 1~5)

5. Operator Hub — 공개 Operator 검색

#15 보안 심화 — OPA, Falco, Supply Chain

1. Policy as Code — OPA/Gatekeeper
   - OPA (Open Policy Agent) — 범용 정책 엔진
   - Gatekeeper — OPA의 K8s 네이티브 구현
   - ConstraintTemplate → Constraint로 정책 정의
   - 예: 특정 레지스트리만 허용, 리소스 제한 필수, 레이블 필수

2. 런타임 보안 — Falco
   - 시스템 콜 모니터링으로 비정상 행위 탐지
   - 규칙 기반 알림 (컨테이너 내 셸 실행, 민감 파일 접근 등)
   - SIEM 연동

3. Supply Chain Security
   - 이미지 스캐닝 (Trivy, Grype)
   - 이미지 서명/검증 (Cosign, Sigstore)
   - SBOM (Software Bill of Materials)
   - Admission Controller로 미서명/미스캔 이미지 차단

4. 네트워크 보안 심화
   - Cilium NetworkPolicy (L7 정책)
   - eBPF 기반 관찰/보안
   - mTLS (Service Mesh 연계)

5. CIS Benchmark for Kubernetes
   - kube-bench로 자동 검사

#16 멀티클러스터 & Federation

1. 왜 멀티클러스터인가
   - 장애 격리 (블래스트 반경 제한)
   - 지역/규정 분리 (데이터 주권)
   - 환경 분리 (dev/staging/prod)
   - 팀 분리 (독립적 클러스터)

2. 멀티클러스터 관리 도구
   - Rancher — 웹 UI 기반 멀티클러스터 관리
   - ArgoCD (멀티클러스터 GitOps)
   - Cluster API — K8s로 K8s 클러스터를 관리
   - vCluster — 가상 K8s 클러스터

3. Federation
   - KubeFed (Kubernetes Federation v2)
   - 멀티클러스터 Service, DNS

4. 멀티클러스터 네트워킹
   - Submariner — 클러스터 간 Pod 네트워크 연결
   - Istio 멀티클러스터

5. 멀티클러스터 전략 패턴
   - Active-Active vs Active-Standby
   - 클러스터 간 워크로드 분배

#17 FinOps — K8s 비용 최적화

1. K8s 비용 구조
   - 클라우드 K8s: 노드(VM) 비용 + 네트워크 + 스토리지 + 관리 비용(EKS 등)
   - 온프레미스: 하드웨어 + 전력 + 운영 인력

2. 비용 가시성
   - Kubecost — K8s 네이티브 비용 모니터링
   - OpenCost — CNCF 오픈소스 비용 모니터링
   - 네임스페이스/팀/서비스별 비용 할당

3. 리소스 최적화
   - requests/limits 적정값 설정 (VPA 추천)
   - 미사용/과할당 리소스 탐지
   - Spot/Preemptible 인스턴스 활용
   - Cluster Autoscaler + Karpenter (AWS)

4. 스케줄링 최적화
   - Bin Packing — 노드를 빈틈없이 채움
   - 비피크 시간 스케일다운
   - CronJob 기반 스케줄링 (야간 배치)

5. FinOps 문화
   - 팀별 비용 책임 (Chargeback/Showback)
   - 비용 알림 (예산 초과 시)
   - 주기적 리뷰

#18 Serverless on K8s — Knative

1. Serverless란 — 서버 관리 없이 코드 실행
   - FaaS (Function as a Service) 개념
   - K8s 위에서 Serverless를 구현하는 이유

2. Knative
   - Knative Serving — HTTP 요청 기반 자동 스케일링 (0까지)
   - Knative Eventing — 이벤트 기반 아키텍처
   - Scale-to-Zero — 트래픽 없으면 Pod 0개

3. 기타 Serverless 프레임워크
   - OpenFaaS
   - KEDA (Kubernetes Event-Driven Autoscaling)

4. Serverless가 적합한/부적합한 워크로드
   - 적합: 간헐적 트래픽, 이벤트 처리, 웹훅
   - 부적합: 상시 트래픽, 콜드 스타트가 문제되는 경우

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🔄 CKA 시험 매핑

CKA 도메인	비중	기본편
Cluster Architecture, Installation & Configuration	25%	#1, #2, #10
Workloads & Scheduling	15%	#3, #8
Services & Networking	20%	#4
Storage	10%	#5
Troubleshooting	30%	#9, #10

💡 기본편(#1~#12)만으로 CKA 이론을 100% 커버. 심화편은 CKA 이후 프로덕션 운영에 필요한 고급 주제.

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🔗 선행 학습

• Docker Series — Docker 기초 (이 시리즈 전에 Docker를 알아야 함)
• Container Virtualization — 컨테이너 개념, VM과 비교
• Linux Kernel Overview — 네임스페이스, cgroups

🔗 관련 문서

• Proxmox VE Series — VM 위에 K8s 배포 시
• Ansible — K8s 노드 설정 자동화
• Certification — CKA — CKA 자격증 로드맵
• AI 인프라 — K8s + GPU Operator
• MLOps — K8s 위 ML 파이프라인

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📝 참고 자료

• Kubernetes 공식 문서
• Kubernetes the Hard Way (Kelsey Hightower)
• CKA Curriculum
• KillerCoda — K8s Interactive Labs
• Istio Documentation
• Kubecost
• Knative Documentation