파드 라이프사이클

이 페이지에서는 파드의 라이프사이클을 설명한다. 파드는 정의된 라이프사이클을 따른다. Pending 단계에서 시작해서, 기본 컨테이너 중 적어도 하나 이상이 OK로 시작하면 Running 단계를 통과하고, 그런 다음 파드의 컨테이너가 실패로 종료되었는지 여부에 따라 Succeeded 또는 Failed 단계로 이동한다.

파드가 실행되는 동안, kubelet은 일종의 오류를 처리하기 위해 컨테이너를 다시 시작할 수 있다. 파드 내에서, 쿠버네티스는 다양한 컨테이너 상태를 추적하고 파드를 다시 정상 상태로 만들기 위해 취할 조치를 결정한다.

쿠버네티스 API에서 파드는 명세와 실제 상태를 모두 가진다. 파드 오브젝트의 상태는 일련의 파드 조건으로 구성된다. 사용자의 애플리케이션에 유용한 경우, 파드의 조건 데이터에 사용자 정의 준비성 정보를 삽입할 수도 있다.

파드는 파드의 수명 중 한 번만 스케줄된다. 파드가 노드에 스케줄(할당)되면, 파드는 중지되거나 종료될 때까지 해당 노드에서 실행된다.

파드의 수명

개별 애플리케이션 컨테이너와 마찬가지로, 파드는 비교적 임시(계속 이어지는 것이 아닌) 엔티티로 간주된다. 파드가 생성되고, 고유 ID(UID)가 할당되고, 종료(재시작 정책에 따라) 또는 삭제될 때까지 남아있는 노드에 스케줄된다. 만약 노드가 종료되면, 해당 노드에 스케줄된 파드는 타임아웃 기간 후에 삭제되도록 스케줄된다.

파드는 자체적으로 자가 치유되지 않는다. 파드가 노드에 스케줄된 후에 해당 노드가 실패하면, 파드는 삭제된다. 마찬가지로, 파드는 리소스 부족 또는 노드 유지 관리 작업으로 인한 축출에서 살아남지 못한다. 쿠버네티스는 컨트롤러라 부르는 하이-레벨 추상화를 사용하여 상대적으로 일회용인 파드 인스턴스를 관리하는 작업을 처리한다.

UID로 정의된 특정 파드는 다른 노드로 절대 "다시 스케줄"되지 않는다. 대신, 해당 파드는 사용자가 원한다면 이름은 같지만, UID가 다른, 거의 동일한 새 파드로 대체될 수 있다.

볼륨과 같은 어떤 것이 파드와 동일한 수명을 갖는다는 것은, 특정 파드(정확한 UID 포함)가 존재하는 한 그것이 존재함을 의미한다. 어떤 이유로든 해당 파드가 삭제되고, 동일한 대체 파드가 생성되더라도, 관련된 그것(이 예에서는 볼륨)도 폐기되고 새로 생성된다.

컨테이너 간의 공유 스토리지에 퍼시스턴트 볼륨을 사용하는 웹 서버와 파일 풀러(puller)가 포함된 다중 컨테이너 파드이다.

파드의 단계

파드의 status 필드는 phase 필드를 포함하는 PodStatus 오브젝트로 정의된다.

파드의 phase는 파드가 라이프사이클 중 어느 단계에 해당하는지 표현하는 간단한 고수준의 요약이다. Phase는 컨테이너나 파드의 관측 정보에 대한 포괄적인 롤업이나, 포괄적인 상태 머신을 표현하도록 의도되지는 않았다.

파드 phase 값에서 숫자와 의미는 엄격하게 지켜진다. 여기에 문서화된 내용 이외에는, 파드와 파드에 주어진 phase 값에 대해서 어떤 사항도 가정되어서는 안 된다.

phase에 가능한 값은 다음과 같다.

노드가 죽거나 클러스터의 나머지와의 연결이 끊어지면, 쿠버네티스는 손실된 노드의 모든 파드의 phase 를 Failed로 설정하는 정책을 적용한다.

컨테이너 상태

전체 파드의 단계뿐 아니라, 쿠버네티스는 파드 내부의 각 컨테이너 상태를 추적한다. 컨테이너 라이프사이클 훅(hook)을 사용하여 컨테이너 라이프사이클의 특정 지점에서 실행할 이벤트를 트리거할 수 있다.

일단 스케줄러가 노드에 파드를 할당하면, kubelet은 컨테이너 런타임을 사용하여 해당 파드에 대한 컨테이너 생성을 시작한다. 표시될 수 있는 세 가지 컨테이너 상태는 Waiting, Running 그리고 Terminated 이다.

파드의 컨테이너 상태를 확인하려면, kubectl describe pod <name-of-pod> 를 사용할 수 있다. 출력 결과는 해당 파드 내의 각 컨테이너 상태가 표시된다.

각 상태에는 특정한 의미가 있다.

Waiting

만약 컨테이너가 Running 또는 Terminated 상태가 아니면, Waiting 상태이다. Waiting 상태의 컨테이너는 시작을 완료하는 데 필요한 작업(예를 들어, 컨테이너 이미지 레지스트리에서 컨테이너 이미지 가져오거나, 시크릿(Secret) 데이터를 적용하는 작업)을 계속 실행하고 있는 중이다. kubectl 을 사용하여 컨테이너가 Waiting 인 파드를 쿼리하면, 컨테이너가 해당 상태에 있는 이유를 요약하는 Reason 필드도 표시된다.

Running

Running 상태는 컨테이너가 문제없이 실행되고 있음을 나타낸다. postStart 훅이 구성되어 있었다면, 이미 실행되고 완료되었다. kubectl 을 사용하여 컨테이너가 Running 인 파드를 쿼리하면, 컨테이너가 Running 상태에 진입한 시기에 대한 정보도 볼 수 있다.

Terminated

Terminated 상태의 컨테이너는 실행을 시작한 다음 완료될 때까지 실행되었거나 어떤 이유로 실패했다. kubectl 을 사용하여 컨테이너가 Terminated 인 파드를 쿼리하면, 이유와 종료 코드 그리고 해당 컨테이너의 실행 기간에 대한 시작과 종료 시간이 표시된다.

컨테이너에 구성된 preStop 훅이 있는 경우, 컨테이너가 Terminated 상태에 들어가기 전에 실행된다.

컨테이너 재시작 정책

파드의 spec 에는 restartPolicy 필드가 있다. 사용 가능한 값은 Always, OnFailure 그리고 Never이다. 기본값은 Always이다.

restartPolicy 는 파드의 모든 컨테이너에 적용된다. restartPolicy 는 동일한 노드에서 kubelet에 의한 컨테이너 재시작만을 의미한다. 파드의 컨테이너가 종료된 후, kubelet은 5분으로 제한되는 지수 백오프 지연(10초, 20초, 40초, …)으로 컨테이너를 재시작한다. 컨테이너가 10분 동안 아무런 문제없이 실행되면, kubelet은 해당 컨테이너의 재시작 백오프 타이머를 재설정한다.

파드의 조건

파드는 하나의 PodStatus를 가지며, 그것은 파드가 통과했거나 통과하지 못한 조건에 대한 PodConditions 배열을 가진다.

• PodScheduled: 파드가 노드에 스케줄되었다.
• ContainersReady: 파드의 모든 컨테이너가 준비되었다.
• Initialized: 모든 초기화 컨테이너가 성공적으로 시작되었다.
• Ready: 파드는 요청을 처리할 수 있으며 일치하는 모든 서비스의 로드 밸런싱 풀에 추가되어야 한다.

파드의 준비성(readiness)

애플리케이션은 추가 피드백 또는 신호를 PodStatus: Pod readiness 와 같이 주입할 수 있다. 이를 사용하기 위해, kubelet이 파드의 준비성을 평가하기 위한 추가적인 조건들을 파드의 spec 내 readinessGate 필드를 통해서 지정할 수 있다.

준비성 게이트는 파드에 대한 status.condition 필드의 현재 상태에 따라 결정된다. 만약 쿠버네티스가 status.conditions 필드에서 해당하는 조건을 찾지 못한다면, 그 조건의 상태는 기본 값인 "False"가 된다.

여기 예제가 있다.

kind: Pod
...
spec:
  readinessGates:
    - conditionType: "www.example.com/feature-1"
status:
  conditions:
    - type: Ready                              # 내장된 PodCondition이다
      status: "False"
      lastProbeTime: null
      lastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00Z
    - type: "www.example.com/feature-1"        # 추가적인 PodCondition
      status: "False"
      lastProbeTime: null
      lastTransitionTime: 2018-01-01T00:00:00Z
  containerStatuses:
    - containerID: docker://abcd...
      ready: true
...

추가하는 파드 상태에는 쿠버네티스 레이블 키 포맷을 충족하는 이름이 있어야 한다.

파드 준비성 상태

kubectl patch 명령어는 아직 오브젝트 상태 패치(patching)를 지원하지 않는다. 이러한 status.conditions 을 파드에 설정하려면 애플리케이션과 오퍼레이터의 PATCH 액션을 필요로 한다. 쿠버네티스 클라이언트 라이브러리를 사용해서 파드 준비성에 대한 사용자 지정 파드 조건을 설정하는 코드를 작성할 수 있다.

사용자 지정 조건을 사용하는 파드의 경우, 다음 두 조건이 모두 적용되는 경우에 만 해당 파드가 준비된 것으로 평가된다.

• 파드 내의 모든 컨테이너들이 준비 상태이다.
• readinessGates에 지정된 모든 조건들이 True 이다.

파드의 컨테이너가 Ready 이나 적어도 한 개의 사용자 지정 조건이 빠졌거나 False 이면, kubelet은 파드의 조건을 ContainerReady 로 설정한다.

컨테이너 프로브(probe)

프로브는 컨테이너에서 kubelet에 의해 주기적으로 수행되는 진단(diagnostic)이다. 진단을 수행하기 위해서, kubelet은 컨테이너에 의해서 구현된 핸들러를 호출한다. 핸들러에는 다음과 같이 세 가지 타입이 있다.

• ExecAction은 컨테이너 내에서 지정된 명령어를 실행한다. 명령어가 상태 코드 0으로 종료되면 진단이 성공한 것으로 간주한다.

• TCPSocketAction은 지정된 포트에서 컨테이너의 IP주소에 대해 TCP 검사를 수행한다. 포트가 활성화되어 있다면 진단이 성공한 것으로 간주한다.

• HTTPGetAction은 지정한 포트 및 경로에서 컨테이너의 IP주소에 대한 HTTP GET 요청을 수행한다. 응답의 상태 코드가 200 이상 400 미만이면 진단이 성공한 것으로 간주한다.

각 probe는 다음 세 가지 결과 중 하나를 가진다.

• Success: 컨테이너가 진단을 통과함.
• Failure: 컨테이너가 진단에 실패함.
• Unknown: 진단 자체가 실패하였으므로 아무런 액션도 수행되면 안됨.

kubelet은 실행 중인 컨테이너들에 대해서 선택적으로 세 가지 종류의 프로브를 수행하고 그에 반응할 수 있다.

• livenessProbe: 컨테이너가 동작 중인지 여부를 나타낸다. 만약 활성 프로브(liveness probe)에 실패한다면, kubelet은 컨테이너를 죽이고, 해당 컨테이너는 재시작 정책의 대상이 된다. 만약 컨테이너가 활성 프로브를 제공하지 않는 경우, 기본 상태는 Success이다.

• readinessProbe: 컨테이너가 요청을 처리할 준비가 되었는지 여부를 나타낸다. 만약 준비성 프로브(readiness probe)가 실패한다면, 엔드포인트 컨트롤러는 파드에 연관된 모든 서비스들의 엔드포인트에서 파드의 IP주소를 제거한다. 준비성 프로브의 초기 지연 이전의 기본 상태는 Failure이다. 만약 컨테이너가 준비성 프로브를 지원하지 않는다면, 기본 상태는 Success이다.

• startupProbe: 컨테이너 내의 애플리케이션이 시작되었는지를 나타낸다. 스타트업 프로브(startup probe)가 주어진 경우, 성공할 때까지 다른 나머지 프로브는 활성화되지 않는다. 만약 스타트업 프로브가 실패하면, kubelet이 컨테이너를 죽이고, 컨테이너는 재시작 정책에 따라 처리된다. 컨테이너에 스타트업 프로브가 없는 경우, 기본 상태는 Success이다.

활성, 준비성 및 스타트업 프로브를 설정하는 방법에 대한 추가적인 정보는, 활성, 준비성 및 스타트업 프로브 설정하기를 참조하면 된다.

언제 활성 프로브를 사용해야 하는가?

만약 컨테이너 속 프로세스가 어떠한 이슈에 직면하거나 건강하지 못한 상태(unhealthy)가 되는 등 프로세스 자체의 문제로 중단될 수 있더라도, 활성 프로브가 반드시 필요한 것은 아니다. 그 경우에는 kubelet이 파드의 restartPolicy에 따라서 올바른 대처를 자동적으로 수행할 것이다.

프로브가 실패한 후 컨테이너가 종료되거나 재시작되길 원한다면, 활성 프로브를 지정하고, restartPolicy를 항상(Always) 또는 실패 시(OnFailure)로 지정한다.

언제 준비성 프로브를 사용해야 하는가?

프로브가 성공한 경우에만 파드에 트래픽 전송을 시작하려고 한다면, 준비성 프로브를 지정하길 바란다. 이 경우에서는, 준비성 프로브가 활성 프로브와 유사해 보일 수도 있지만, 스팩에 준비성 프로브가 존재한다는 것은 파드가 트래픽을 받지 않는 상태에서 시작되고 프로브가 성공하기 시작한 이후에만 트래픽을 받는다는 뜻이다.

만약 컨테이너가 유지 관리를 위해서 자체 중단되게 하려면, 준비성 프로브를 지정하길 바란다. 준비성 프로브는 활성 프로브와는 다르게 준비성에 특정된 엔드포인트를 확인한다.

만약 애플리케이션이 백엔드 서비스에 엄격한 의존성이 있다면, 활성 프로브와 준비성 프로브 모두 활용할 수도 있다. 활성 프로브는 애플리케이션 스스로가 건강한 상태면 통과하지만, 준비성 프로브는 추가적으로 요구되는 각 백-엔드 서비스가 가용한지 확인한다. 이를 이용하여, 오류 메시지만 응답하는 파드로 트래픽이 가는 것을 막을 수 있다.

만약 컨테이너가 시동 시 대량 데이터의 로딩, 구성 파일, 또는 마이그레이션에 대한 작업을 수행해야 한다면, 스타트업 프로브를 사용하면 된다. 그러나, 만약 failed 애플리케이션과 시동 중에 아직 데이터를 처리하고 있는 애플리케이션을 구분하여 탐지하고 싶다면, 준비성 프로브를 사용하는 것이 더 적합할 것이다.

언제 스타트업 프로브를 사용해야 하는가?

스타트업 프로브는 서비스를 시작하는 데 오랜 시간이 걸리는 컨테이너가 있는 파드에 유용하다. 긴 활성 간격을 설정하는 대신, 컨테이너가 시작될 때 프로브를 위한 별도의 구성을 설정하여, 활성 간격보다 긴 시간을 허용할 수 있다.

컨테이너가 보통 initialDelaySeconds + failureThreshold × periodSeconds 이후에 기동된다면, 스타트업 프로브가 활성화 프로브와 같은 엔드포인트를 확인하도록 지정해야 한다. periodSeconds의 기본값은 10s 이다. 이 때 컨테이너가 활성화 프로브의 기본값 변경 없이 기동되도록 하려면, failureThreshold 를 충분히 높게 설정해주어야 한다. 그래야 데드락(deadlocks)을 방지하는데 도움이 된다.

파드의 종료

파드는 클러스터의 노드에서 실행되는 프로세스를 나타내므로, 해당 프로세스가 더 이상 필요하지 않을 때 정상적으로 종료되도록 하는 것이 중요하다(KILL 시그널로 갑자기 중지되고 정리할 기회가 없는 것 보다).

디자인 목표는 삭제를 요청하고 프로세스가 종료되는 시기를 알 수 있을 뿐만 아니라, 삭제가 결국 완료되도록 하는 것이다. 사용자가 파드의 삭제를 요청하면, 클러스터는 파드가 강제로 종료되기 전에 의도한 유예 기간을 기록하고 추적한다. 강제 종료 추적이 적용되면, kubelet은 정상 종료를 시도한다.

일반적으로, 컨테이너 런타임은 각 컨테이너의 기본 프로세스에 TERM 신호를 전송한다. 많은 컨테이너 런타임은 컨테이너 이미지에 정의된 STOPSIGNAL 값을 존중하며 TERM 대신 이 값을 보낸다. 일단 유예 기간이 만료되면, KILL 시그널이 나머지 프로세스로 전송되고, 그런 다음 파드는 API 서버로부터 삭제된다. 프로세스가 종료될 때까지 기다리는 동안 kubelet 또는 컨테이너 런타임의 관리 서비스가 다시 시작되면, 클러스터는 전체 원래 유예 기간을 포함하여 처음부터 다시 시도한다.

플로우의 예는 다음과 같다.

1. 이 kubectl 도구를 사용하여 기본 유예 기간(30초)으로 특정 파드를 수동으로 삭제한다.
2. API 서버의 파드는 유예 기간과 함께 파드가 "dead"로 간주되는 시간으로 업데이트된다. kubectl describe 를 사용하여 삭제하려는 파드를 확인하면, 해당 파드가 "Terminating"으로 표시된다. 파드가 실행 중인 노드에서, kubelet이 파드가 종료된 것(terminating)으로 표시되었음을 확인하는 즉시(정상적인 종료 기간이 설정됨), kubelet은 로컬 파드의 종료 프로세스를 시작한다.
   1. 파드의 컨테이너 중 하나가 preStop 훅을 정의한 경우, kubelet은 컨테이너 내부에서 해당 훅을 실행한다. 유예 기간이 만료된 후 preStop 훅이 계속 실행되면, kubelet은 2초의 작은 일회성 유예 기간 연장을 요청한다.
      참고: preStop 훅을 완료하는 데 기본 유예 기간이 허용하는 것보다 오랜 시간이 필요한 경우, 이에 맞게 terminationGracePeriodSeconds 를 수정해야 한다.
   2. kubelet은 컨테이너 런타임을 트리거하여 각 컨테이너 내부의 프로세스 1에 TERM 시그널을 보낸다.
      참고: 파드의 컨테이너는 서로 다른 시간에 임의의 순서로 TERM 시그널을 수신한다. 종료 순서가 중요한 경우, preStop 훅을 사용하여 동기화하는 것이 좋다.
3. kubelet이 정상 종료를 시작하는 동시에, 컨트롤 플레인은 구성된 셀렉터가 있는 서비스를 나타내는 엔드포인트(Endpoint)(그리고, 활성화된 경우, 엔드포인트슬라이스(EndpointSlice)) 오브젝트에서 종료된 파드를 제거한다. 레플리카셋(ReplicaSet)과 기타 워크로드 리소스는 더 이상 종료된 파드를 유효한 서비스 내 복제본으로 취급하지 않는다. 로드 밸런서(서비스 프록시와 같은)가 종료 유예 기간이 시작되는 즉시 엔드포인트 목록에서 파드를 제거하므로 느리게 종료되는 파드는 트래픽을 계속 제공할 수 없다.
4. 유예 기간이 만료되면, kubelet은 강제 종료를 트리거한다. 컨테이너 런타임은 SIGKILL 을 파드의 모든 컨테이너에서 여전히 실행 중인 모든 프로세스로 전송한다. kubelet은 해당 컨테이너 런타임이 하나를 사용하는 경우 숨겨진 pause 컨테이너도 정리한다.
5. kubelet은 유예 기간을 0(즉시 삭제)으로 설정하여, API 서버에서 파드 오브젝트의 강제 삭제를 트리거한다.
6. API 서버가 파드의 API 오브젝트를 삭제하면, 더 이상 클라이언트에서 볼 수 없다.

강제 파드 종료

기본적으로, 모든 삭제는 30초 이내에는 정상적으로 수행된다. kubectl delete 명령은 기본값을 재정의하고 사용자의 고유한 값을 지정할 수 있는 --grace-period=<seconds> 옵션을 지원한다.

유예 기간을 0 로 강제로 즉시 설정하면 API 서버에서 파드가 삭제된다. 파드가 노드에서 계속 실행 중인 경우, 강제 삭제는 kubelet을 트리거하여 즉시 정리를 시작한다.

강제 삭제가 수행되면, API 서버는 실행 중인 노드에서 파드가 종료되었다는 kubelet의 확인을 기다리지 않는다. API에서 즉시 파드를 제거하므로 동일한 이름으로 새로운 파드를 생성할 수 있다. 노드에서 즉시 종료되도록 설정된 파드는 강제 종료되기 전에 작은 유예 기간이 계속 제공된다.

스테이트풀셋(StatefulSet)의 일부인 파드를 강제 삭제해야 하는 경우, 스테이트풀셋에서 파드를 삭제하기에 대한 태스크 문서를 참고한다.

실패한 파드의 가비지 콜렉션

실패한 파드의 경우, API 오브젝트는 사람이나 컨트롤러 프로세스가 명시적으로 파드를 제거할 때까지 클러스터의 API에 남아 있다.

컨트롤 플레인은 파드 수가 구성된 임계값(kube-controller-manager에서 terminated-pod-gc-threshold 에 의해 결정됨)을 초과할 때 종료된 파드(Succeeded 또는 Failed 단계 포함)를 정리한다. 이렇게 하면 시간이 지남에 따라 파드가 생성되고 종료될 때 리소스 유출이 방지된다.

다음 내용

• 컨테이너 라이프사이클 이벤트에 핸들러를 연결하는 핸즈온 연습을 해보자.

• 활성, 준비성 및 스타트업 프로브 설정하는 핸즈온 연습을 해보자.

• 컨테이너 라이프사이클 훅에 대해 자세히 알아보자.

• API의 파드 / 컨테이너 상태에 대한 자세한 내용은 PodStatus 그리고 ContainerStatus를 참고한다.