[실습-중급05]Configuring Persistent Storage for Google Kubernetes Engine

다섯번째 실습은 PersistentVolume(=PV) 및 PersistentVolumeClaim(=PVC)을 설정합니다. 해당 내용들은 스토리지 관련 내용입니다.

Persistent Storage 는 영구 스토리지를 의미합니다.

아래 4개의 Task를 해결하면서 간접적으로 경험해 봅시다.

Objectives(목표)

• Create manifests for PersistentVolumes (PVs) and PersistentVolumeClaims (PVCs) for Google Cloud persistent disks (dynamically created or existing)
• Mount Google Cloud persistent disk PVCs as volumes in Pods
• Use manifests to create StatefulSets
• Mount Google Cloud persistent disk PVCs as volumes in StatefulSets
• Verify the connection of Pods in StatefulSets to particular PVs as the Pods are stopped and restarted

Task 1. Create PVs and PVCs

우리는 대부분 직접 PV객체를 구성하거나, Compute Engine persistent disks 를 만들 필요가 없습니다.
PVC를 만들면, Kubernetes가 자동으로 PV를 생성하도록 트리거하기 때문입니다.

따라서 이 과제에서는 PVC를 생성하는 실습을 진행합니다.

1. GKE 클러스터 연결

• 환경 변수를 설정하여 Zone과 클러스터 이름을 설정합니다.

  export my_zone=us-central1-a
  export my_cluster=standard-cluster-1
  

• kubectl의 Bash 자동 완성 스크립트를 현재 실행 중인 셸 세션에 로드하여 자동 완성 기능을 사용할 수 있게 합니다.

  source <(kubectl completion bash)
  

• Cloud Shell에서 클러스터에 대한 액세스를 구성합니다.

  gcloud container clusters get-credentials $my_cluster --zone $my_zone
  

  • $my_cluster라는 이름의 Kubernetes Engine 클러스터의 자격 증명을 가져와서 해당 클러스터와 상호작용할 수 있는 권한을 부여합니다.

  • 이를 통해 로컬 환경에서 Kubernetes 클러스터와 상호작용하고 클러스터 내의 리소스에 접근할 수 있습니다.

    

2. PVC 매니페스트 생성 및 적용

• 제공하는 실습 파일을 다운받기 위해 git clone을 진행합니다.

  git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/training-data-analyst
  

• 작업 디렉토리에 대한 바로 가기를 생성합니다.

  ln -s ~/training-data-analyst/courses/ak8s/v1.1 ~/ak8s
  cd ~/ak8s/Storage/
  

• 현재 PVC가 설정되어있나 kubectl get persistentvolumeclaim 로 확인해보면, 당연히 없다고 할 것입니다.

• 따라서 실습 파일에서 이미 제공하는 ‘PVC 매니페스트’ 를 사용합니다.

  kubectl apply -f pvc-demo.yaml
  

  • 다시 kubectl get persistentvolumeclaim 를 통해서 생성된 스토리지를 확인합니다.

  • PVC는 hello-web-disk라는 이름의 30GB PVC를 생성하며, 이는 한 번에 하나의 노드에서 읽기-쓰기 볼륨으로 마운트할 수 있습니다.

  • 아래는 적용된 yaml 파일 내용입니다.

    apiVersion: v1
    kind: PersistentVolumeClaim
    metadata:
      name: hello-web-disk
    spec:
      accessModes:
        - ReadWriteOnce
      resources:
        requests:
          storage: 30Gi
    

Task 2. Mount and verify Google Cloud persistent disk PVCs in Pods

이 과제에서는 PVC를 Pod에 마운트합니다. 자세한 내용은 아래 설정된 yaml 파일을 참고합니다.

또한, 마운트 이후에는 영구적인지 테스트를 진행합니다.

1. Mount the PVC to a Pod

• 실습 파일에 있는 pod-volume-demo.yaml 을 적용할건데, 그전에 어떤 내용인지 보겠습니다.

  • 매니페스트 파일 pod-volume-demo.yaml 은 nginx 컨테이너를 배포하고, pvc-demo-volume(=PV)을 Pod에 연결하고 해당 볼륨을 nginx 컨테이너 내부의 /var/www/html 경로에 마운트합니다.

  • 컨테이너 내부의 이 디렉터리에 저장된 파일은 영구 볼륨에 저장되며 Pod와 컨테이너가 종료되고 다시 생성되더라도 지속됩니다.

    kind: Pod
    apiVersion: v1
    metadata:
      name: pvc-demo-pod
    spec:
      containers:
        - name: frontend
          image: nginx
          volumeMounts:
          - mountPath: "/var/www/html"
            name: pvc-demo-volume
      volumes:
        - name: pvc-demo-volume
          persistentVolumeClaim:
            claimName: hello-web-disk
    

• 바로 적용 해보겠습니다. kubectl apply -f pod-volume-demo.yaml

  • 이후 kubectl get pods 로 Pod 생성을 확인해보면 정상 동작함을 알 수 있습니다.

  • 먼저 Pod가 생성되고, Container가 생성됨을 알 수 있습니다.

    

• 해당 pvc-demo-pod 쉘로 접근해서 임시로 index.html 을 만든 후 해당 파일이 잘 출력되나 확인합니다.

  kubectl exec -it pvc-demo-pod -- sh
  echo Test webpage in a persistent volume!>/var/www/html/index.html
  chmod +x /var/www/html/index.html
  cat /var/www/html/index.html
  exit
  

2. Test the persistence of the PV

• Pod 를 제거합니다. kubectl delete pod pvc-demo-pod

  • kubectl get pods 로 결과를 확인합니다.

• kubectl get persistentvolumeclaim 를 입력하면, 여전히 PVC 존재함을 알 수있고 Pod 삭제해도 제거되지 않았음을 알 수 있습니다.

• 다시 Pod 생성을 위해 kubectl apply -f pod-volume-demo.yaml 를 적용하면, 좀 더 빨리 “상태” 가 Running으로 바뀜을 알 수 있습니다.

  • 이는 이미 PVC가 존재하기 때문입니다.

• 마찬가지로 다시 해당 쉘로 접근해서 출력해보면 잘 됨을 알 수 있습니다.

  kubectl exec -it pvc-demo-pod -- sh
  cat /var/www/html/index.html
  exit
  

Task 3. Create StatefulSets with PVCs

이 과제에서는 StatefulSet에서 PVC를 사용합니다. StatefulSet은 Pod에 고유한 식별자를 부여하는점을 제외하면, 기존 배포와 유사합니다.

1. Create a StatefulSet

• StatefulSet과 함께 PVC를 사용하려면 기존 PVC와 사용중인 Pod를 삭제해야 하므로 kubectl delete pod pvc-demo-pod 를 진행합니다.

• 제공된 파일인 statefulset-demo.yaml 를 바로 apply 할건데, 그전에 무슨 내용인지만 간략히 소개하겠습니다.

  • 매니페스트 파일 statefulset-demo.yaml 은 LoadBalancer 서비스와 StatefulSet을 생성합니다.

  • StatefulSet은 이름이 hello-web-disk인 30GB PVC용 volumeClaimTemplate 및 nginx 컨테이너가 포함된 포드의 3개 복제본을 포함해서 생성합니다.

  • nginx 컨테이너는 이전 작업에서와 같이 /var/www/html에 hello-web-disk라는 PVC를 마운트합니다.

    kind: Service
    apiVersion: v1
    metadata:
      name: statefulset-demo-service
    spec:
      ports:
      - protocol: TCP
        port: 80
        targetPort: 9376
      type: LoadBalancer
    ---
    apiVersion: apps/v1
    kind: StatefulSet
    metadata:
      name: statefulset-demo
    spec:
      selector:
        matchLabels:
          app: MyApp
      serviceName: statefulset-demo-service
      replicas: 3
      updateStrategy:
        type: RollingUpdate
      template:
        metadata:
          labels:
            app: MyApp
        spec:
          containers:
          - name: stateful-set-container
            image: nginx
            ports:
            - containerPort: 80
              name: http
            volumeMounts:
            - name: hello-web-disk
              mountPath: "/var/www/html"
      volumeClaimTemplates:
      - metadata:
          name: hello-web-disk
        spec:
          accessModes: [ "ReadWriteOnce" ]
          resources:
            requests:
              storage: 30Gi
    

• kubectl apply -f statefulset-demo.yaml 로 바로 적용합니다.

  // 아래 2개가 생성 됩니다.
  service "statefulset-demo-service" created  
  statefulset.apps "statefulset-demo" created
  

2. StatefulSets 에서 Pod를 확인

• kubectl describe statefulset statefulset-demo 로 StatefulSet 세부사항을 볼 수 있습니다.

• kubectl get pods 과 kubectl get pvc 를 통해서 Pod, PVC 를 전부 볼 수 있습니다.

  • kubectl describe pvc hello-web-disk-statefulset-demo-0 로 특정 PVC를 선택해서 세부사항을 더 자세히 볼 수 있습니다.
  • Pod가 3개 존재해야하며, PVC는 기존꺼와 합해서 4개가 존재해야 합니다.
    • 참고로 StatefulSet이므로 Pod 3개 복제가 각각 따로 구분되게 존재함을 알 수 있습니다.
    • 아래 결과를 확인하세요.

• 결과모습

  // Pod
  NAME                 READY     STATUS    RESTARTS   AGE
  statefulset-demo-0   1/1       Running   0          6m
  statefulset-demo-1   1/1       Running   0          3m
  statefulset-demo-2   1/1       Running   0          2m
    
  // PVC
  NAME                          STATUS    VOLUME           CAPACITY ACCESS
  hello-web-disk                Bound     pvc-86117ea6-...34   30Gi    RWO
  hello-web-disk-st...-demo-0   Bound     pvc-92d21d0f-...34   30Gi    RWO
  hello-web-disk-st...-demo-1   Bound     pvc-9bc84d92-...34   30Gi    RWO
  hello-web-disk-st...-demo-2   Bound     pvc-a526ecdf-...34   30Gi    RWO
  

Task 4. Verify the persistence of Persistent Volume connections to Pods managed by StatefulSets

이 과제에서는 StatefulSet에 의해 관리되는 Pod가 중지되고 다시 시작될 때 여전히 특정 PV에 연결이 되는지(지속성, 영구적) 확인합니다.

• statefulset-demo-0 쉘로 접근해서 임시로 index.html 을 만든 후 해당 파일이 잘 출력되나 확인합니다.

  kubectl exec -it statefulset-demo-0 -- sh
  echo Test webpage in a persistent volume!>/var/www/html/index.html
  chmod +x /var/www/html/index.html
  cat /var/www/html/index.html
  exit
  

• 지속성 테스트를 위해 Pod를 바로 삭제합니다. 단, statefulset-demo-0 Pod를 삭제해야 합니다!

  kubectl delete pod statefulset-demo-0
  

  • kubectl get pods 로 삭제를 확인합니다.
  • 그러나 StatefulSet 특성상 다시 Pod가 자동 생성되었음을 확인해야 합니다.

• 이후 다시 해당 쉘에 접근해서 출력을 확인합니다.

  kubectl exec -it statefulset-demo-0 -- sh
  cat /var/www/html/index.html
  exit
  

실제로 Pod 삭제 후 자동 생성모습, PVC 또한 지속 및 특정 PV에도 여전히 연결해주는 모습

마무리

StatefulSet은 Pod의 그룹을 관리하면서 안정적인 식별자와 네트워크 도메인 이름을 제공하여 상태를 유지해야 하는 애플리케이션을 운영하는 데 사용됩니다.