멀티 테넌시(multi-tenancy)

이 페이지는 클러스터 멀티 테넌시를 구현하기 위해 유효한 구성 옵션과 모범 사례에 대한 개요를 제공한다.

클러스터 공유를 통해 비용 절감 및 운영을 간편화할 수 있다. 그러나 클러스터를 공유하게 되면 보안, 공평성, 소란스러운 이웃(noisy neighbors) 관리와 같이 여러 문제 상황이 발생할 수 있다.

클러스터는 다양한 방법을 통해 공유될 수 있다. 특정 경우에는 같은 클러스터 내 서로 다른 애플리케이션이 실행될 수 있다. 또 다른 경우에는 하나의 애플리케이션에서 각 엔드유저에 대한 인스턴스가 모여 여러 인스턴스가 같은 클러스터 내에서 실행될 수 있다. 이러한 모든 종류의 공유 방법은 주로 멀티 테넌시 라는 포괄적 용어로 통칭한다.

쿠버네티스에서는 엔드 유저 또는 테넌트에 대한 정형화된 개념을 정해놓고 있지는 않지만, 다양한 테넌시 요구사항을 관리하기 위한 몇 가지 기능을 제공한다. 이에 대한 내용은 밑에서 다룬다.

유스케이스

클러스터를 공유하기 위해 고려해야 하는 첫 번째 단계는, 사용 가능한 패턴과 툴을 산정하기 위해 유스케이스를 이해하는 것이다. 일반적으로 쿠버네티스에서의 멀티 테넌시는 다양한 형태로 변형 또는 혼합이 가능하지만, 넓게는 두 가지 범주로 분류된다.

다수의 팀

흔히 사용하는 멀티 테넌시의 형태는 하나 또는 그 이상의 워크로드를 운영하는 한 조직 소속의 여러 팀이 하나의 클러스터를 공유하는 형태이다. 이러한 워크로드는 같은 클러스터 내외의 다른 워크로드와 잦은 통신이 필요하다.

이러한 시나리오에서 팀에 속한 멤버는 보통 kubectl과 같은 툴을 통해 쿠버네티스 리소스에 직접적으로 접근하거나, GitOps 컨트롤러 혹은 다른 종류의 배포 자동화 툴을 통해 간접적으로 접근한다. 대개는 다른 팀 멤버 간에 일정량의 신뢰가 형성되어 있지만, 안전하고 공평한 클러스터 공유를 위해서는 RBAC, 쿼터(quota), 네트워크 정책과 같은 쿠버네티스 정책이 필수이다.

다수의 고객

다른 주요 멀티 테넌시 형태로는 서비스형소프트웨어(SaaS) 사업자가 여러 고객의 워크로드 인스턴스를 실행하는 것과 관련이 있다. 이러한 비즈니스 모델은 많은 이들이 "SaaS 테넌시"라고 부르는 배포 스타일과 밀접한 연관이 있다. 그러나 SaaS 사업자는 다른 배포 모델을 사용할 수 있기도 하며 SaaS가 아니어도 이러한 배포 모델의 적용이 가능하기 때문에, "다중 고객 테넌시(multi-customer tenancy)"를 더 적합한 용어로 볼 수 있다.

고객은 이러한 시나리오에서 클러스터에 대한 접근 권한을 가지지 않는다. 쿠버네티스는 그들의 관점에서는 보이지 않으며, 사업자가 워크로드를 관리하기 위해서만 사용된다. 비용 최적화는 주로 중대한 관심사가 되며, 워크로드 간의 확실한 격리를 보장하기 위해 쿠버네티스 정책이 사용된다.

용어

테넌트

쿠버네티스에서의 멀티 테넌시를 논할 때는, "테넌트(tenant)"를 하나의 의미로 해석할 수 없다. 오히려 다중 팀 혹은 다중 고객 테넌시의 여부에 따라 테넌트의 정의는 달라진다.

다중 팀 사용(multi-team usage)에서의 테넌트는 일반적으로 하나의 팀을 의미하며, 이 팀은 일반적으로 서비스의 복잡도에 따라 스케일 하는 작은 양의 워크로드를 다수 배포한다. 그러나 "팀" 자체에 대한 정의도 상위 조직으로 구성될 수 있기도 하고 작은 팀으로 세분화될 수 있기 때문에 정의가 모호할 수 있다.

반대로 각 팀이 새로운 고객에 대한 전용 워크로드를 배포하게 된다면, 다중 고객 테넌시 모델을 사용한다고 볼 수 있다. 이와 같은 경우에서는, "테넌트"는 하나의 워크로드를 공유하는 사용자의 집합을 의미한다. 이는 하나의 기업만큼 큰 규모일 수도 있고, 해당 기업의 한 팀 정도의 작은 규모일수도 있다.

같은 조직이 "테넌트"에 대한 두 개의 정의를 서로 다른 맥락에서 사용할 수 있는 경우가 많다. 예를 들어, 플랫폼 팀은 다수의 내부 "고객"을 위해 보안 툴 및 데이터베이스와 같은 공유된 서비스를 제공할 수 있고, SaaS 사업자는 공유된 개발 클러스터를 다수의 팀에게 제공할 수 있다.
마지막으로, SaaS 제공자는 민감한 데이터를 다루는 고객별 워크로드와 공유된 서비스를 다루는 멀티 테넌트를 혼합하여 제공하는 하이브리드 구조도 사용이 가능하다.

격리

쿠버네티스에서 멀티 테넌트 솔루션을 설계하고 빌드 하는 방법은 몇 가지가 있다. 각 방법은 격리 수준, 구현 비용, 운영 복잡도, 서비스 비용에 영향을 미치는 각자만의 상충 요소를 가지고 있다.

각 쿠버네티스 클러스터는 쿠버네티스 소프트웨어를 실행하는 컨트롤 플레인과 테넌트의 워크로드가 파드의 형태로 실행되고 있는 워커 노드로 구성된 데이터 플레인으로 구성되어 있다. 테넌트 격리는 조직의 요구사항에 따라 컨트롤 플레인 및 데이터 플레인 모두에 대해 적용할 수 있다.

제공되는 격리의 수준은 강한 격리를 의미하는 "하드(hard)" 멀티 테넌시와 약한 격리를 의미하는 "소프트(soft)" 멀티 테넌시와 같은 용어를 통해 정의한다. 특히 "하드" 멀티 테넌시는 주로 보안이나 리소스 공유 관점(예를 들어, 데이터 유출 및 DoS 공격에 대한 방어)에서 테넌트가 서로 신뢰하지 않는 상황을 설명할 때 주로 사용한다. 데이터 플레인은 일반적으로 더 큰 공격 영역을 가지고 있기 때문에, 컨트롤 플레인 격리 또한 중요하지만 데이터 플레인을 격리하는 데 있어서 "하드" 멀티 테넌시는 추가적인 주의를 요구한다.

그러나 모든 사용자에게 적용할 수 있는 하나의 정의가 없기 때문에, "하드"와 "소프트" 용어에 대한 혼동이 생길 수 있다. 오히려 요구사항에 따라 클러스터 내에서 다양한 종류의 격리를 유지할 수 있는 다양한 기법을 다루는 "하드한 정도" 혹은 "소프트한 정도"가 넓은 범위에서는 이해하기에 편하다.

극단적인 경우에는 클러스터 레벨의 공유를 모두 포기하고 각 테넌트에 대한 전용 클러스터를 할당하거나, 가상머신을 통한 보안 경계가 충분하지 않다고 판단될 시에는 전용 하드웨어에서 실행하는 것이 쉽고 적절한 방법일 수 있다. 클러스터를 생성하고 운영하는데 필요한 오버헤드를 클라우드 공급자가 맡게 되는 매니지드 쿠버네티스 클러스터에서는 이와 같은 방식을 사용하기에 더 쉬울 수 있다. 강한 테넌트 격리의 장점은 여러 클러스터를 관리하는데 필요한 비용과 복잡도와 비교하여 산정되어야 한다. 멀티 클러스터 SIG는 이러한 종류의 유스케이스를 다루는 작업을 담당한다.

이 페이지의 남은 부분에서는 공유 쿠버네티스 클러스터에서 사용되는 격리 기법을 중점적으로 다룬다. 그러나 전용 클러스터를 고려하고 있다 하더라도, 요구사항 혹은 기능에 대한 변화가 생겼을 때 공유 클러스터로 전환할 수 있는 유연성을 제공할 수 있기 때문에, 이러한 권고사항을 검토해 볼 가치가 있다.

컨트롤 플레인 격리

컨트롤 플레인 격리는 서로 다른 테넌트가 서로의 쿠버네티스 API 리소스에 대한 접근 및 영향을 미치지 못하도록 보장한다.

네임스페이스

쿠버네티스에서 네임스페이스는 하나의 클러스터 내에서 API 리소스 그룹을 격리하는 데 사용하는 기능이다. 이러한 격리는 두 가지 주요 특징을 지닌다.

1. 네임스페이스 내의 오브젝트 이름은 폴더 내의 파일과 유사하게 다른 네임스페이스에 속한 이름과 중첩될 수 있다. 이를 통해 각 테넌트는 다른 테넌트의 활동과 무관하게 자신의 리소스에 대한 이름을 정할 수 있다.

2. 많은 쿠버네티스 보안 정책은 네임스페이스 범위에서 사용한다. 예를 들어, RBAC 역할과 네트워크 정책은 네임스페이스 범위의 리소스이다. RBAC를 사용함으로써 사용자 및 서비스 어카운트는 하나의 네임스페이스에 대해 제한될 수 있다.

멀티 테넌트 환경에서의 각 네임스페이스는 테넌트의 워크로드를 논리적이고 구별되는 관리 단위로 분할할 수 있다. 실제로 일반적인 관습에서는 여러 워크로드가 하나의 테넌트에 의해 운영되더라도, 각 워크로드를 개별 네임스페이스로 격리한다. 이를 통해 각 워크로드는 개별 정체성을 가질 수 있으며 적절한 보안 정책을 적용 받을 수 있게끔 보장한다.

네임스페이스 격리 모델은 테넌트 워크로드를 제대로 격리 시키기 위해 몇 가지 다른 쿠버네티스 리소스, 네트워크 플러그인, 보안 모범 사례에 대한 준수가 필요하다. 이와 같이 고려해야 하는 사항은 아래에 명시되어 있다.

접근 제어

컨트롤 플레인에서의 가장 중요한 격리 방식은 인증이다. 만일 팀 또는 해당 팀의 워크로드가 서로 다른 API 리소스에 대한 접근 및 수정이 가능하다면, 다른 종류의 정책을 모두 바꾸거나 비활성화할 수 있게 되어 해당 정책이 제공하는 보호를 무효화한다. 따라서 각 테넌트가 필요로 하는 네임스페이스에 대한 적절한 최소의 권한만을 부여하는 것이 중요하다. 이는 "최소 권한의 원칙(Principle of Least Privilege)"이라고 부른다.

역할 기반 접근 제어(RBAC)는 흔히 쿠버네티스 컨트롤 플레인에서의 사용자와 워크로드에 (서비스 어카운트) 대한 인증을 시행하기 위해 사용된다. 롤(Roles)과 롤바인딩(RoleBindings)은 네임스페이스 레벨에서 애플리케이션의 접근 제어를 시행하기 위해 사용되는 쿠버네티스 오브젝트이다. 클러스터 레벨의 오브젝트에 대한 접근 권한을 인증하기 위해 사용되는 유사한 오브젝트도 존재하지만, 이는 멀티 테넌트 클러스터에서는 비교적 유용성이 떨어진다.

다중 팀 환경에서는, 클러스터 전범위 리소스에 대해 클러스터 운영자와 같이 특권을 가진 사용자에 의해서만 접근 또는 수정이 가능하도록 보장하기 위해 RBAC를 사용하여 테넌트의 접근을 적합한 네임스페이스로 제한해야 한다.

만일 사용자에게 필요 이상으로 권한을 부여하는 정책이 있다면, 이는 영향 받는 리소스를 포함하고 있는 네임스페이스가 더 세분화된 네임스페이스로 재구성 되어야 한다는 신호일 가능성이 높다. 네임스페이스 관리 툴을 통해 공통된 RBAC 정책을 서로 다른 네임스페이스에 적용하고 필요에 따라 세분화된 정책은 허용하며, 세분화된 네임스페이스를 간편하게 관리할 수 있다.

쿼터

쿠버네티스 워크로드는 CPU 및 메모리와 같은 노드 리소스를 소모한다. 멀티 테넌트 환경에서는, 테넌트 워크로드의 리소스 사용량을 관리하기 위해 리소스 쿼터를 사용할 수 있다. 테넌트가 쿠버네티스 API에 대한 접근 권한을 가지는 다수 팀 유스케이스의 경우에는, 테넌트가 생성할 수 있는 API 리소스(예를 들어, 파드의 개수 혹은 컨피그맵의 개수)의 개수를 리소스 쿼터를 사용하여 제한할 수 있다. 오브젝트 개수에 대한 제한은 공평성을 보장하고 같은 컨트롤 플레인을 공유하는 테넌트 간 침범이 발생하는 소란스러운 이웃 문제를 예방하기 위한 목적을 가지고 있다.

리소스 쿼터는 네임스페이스 오브젝트이다. 테넌트를 네임스페이스에 대해 매핑함으로써, 클러스터 운영자는 쿼터를 사용하여 하나의 테넌트가 클러스터의 리소스를 독점하거나 컨트롤 플레인을 압도하지 못하도록 보장할 수 있다. 네임스페이스 관리 툴은 쿼터 운영을 간편화해준다. 이에 더해 쿠버네티스 쿼터는 하나의 네임스페이스 내에서만 적용이 가능하지만, 특정 네임스페이스 관리 툴은 네임스페이스 그룹이 쿼터를 공유할 수 있도록 허용함으로써 운영자에게 내장된 쿼터에 비해 적은 수고로 더 많은 유연성을 제공한다.

쿼터는 하나의 테넌트가 자신에게 할당된 몫의 리소스 보다 많이 사용하는 것을 방지하며, 이를 통해 하나의 테넌트가 다른 테넌트의 워크로드 성능에 부정적 영향을 미치는 "소란스러운 이웃" 문제를 최소화할 수 있다.

쿠버네티스에서 네임스페이스에 대한 쿼터를 적용할 시에는 각 컨테이너에 대한 리소스 요청과 제한을 명시하도록 요구한다. 제한은 각 컨테이너가 소모할 수 있는 리소스의 양에 대한 상한선이다. 설정된 제한을 초과하여 리소스 소모를 시도하는 컨테이너는 리소스의 종류에 따라 스로틀(throttled)되거나 종료(killed)된다. 리소스 요청이 제한보다 낮게 설정되었을 시에는, 각 컨테이너가 요청한 리소스의 양은 보장되지만 워크로드 간의 영향이 있을 가능성은 존재한다.

쿼터는 네트워크 트래픽과 같이 모든 종류의 리소스 공유에 대한 보호는 할 수 없다. 노드 격리(아래에서 설명)가 이러한 문제에 대해서는 더 나은 해결책일 수 있다.

데이터 플레인 격리

데이터 플레인 격리는 다른 테넌트의 파드 및 워크로드와 충분히 격리가 이루어질 수 있도록 보장한다.

네트워크 격리

기본적으로 쿠버네티스 클러스터의 모든 파드는 서로 통신을 할 수 있도록 허용되어 있으며 모든 네트워크 트래픽은 암호화되어 있지 않다. 이는 트래픽이 실수 또는 악의적으로 의도되지 않은 목적지로 전송되거나 신뢰가 손상된(compromised) 노드 상의 워크로드에 의해 가로채지는 것과 같은 보안 취약점으로 이어질 수 있다.

파드에서 파드로의 통신은 네임스페이스 레이블 혹은 IP 주소 범위를 통해 파드 간의 통신을 제한하는 네트워크 정책에 의해 제어될 수 있다. 테넌트 간의 엄격한 네트워크 격리가 필요한 멀티 테넌트 환경에서는, 파드 간의 통신을 거부하는 기본 정책과 모든 파드가 네임 해석(name resolution)을 위해 DNS 서버를 쿼리하도록 하는 규칙을 시작에 설정하는 것을 권고한다. 이러한 기본 정책을 기반으로 하여, 네임스페이스 내에서 통신을 허용하는 관대한 규칙을 추가할 수 있다. 이러한 방식은 요구에 따라 한 단계 더 정제할 수 있다. 이는 하나의 컨트롤 플레인 내의 파드에 대해서만 적용된다는 것을 알아두어야 한다. 서로 다른 가상의 컨트롤 플레인에 소속된 파드는 쿠버네티스 네트워킹을 통해 통신할 수 없다.

네임스페이스 관리 툴을 통해 기본 또는 공통 네트워크 정책을 간편하게 생성할 수 있다. 이에 더해, 몇 가지 툴은 클러스터 상에서 일관된 집합의 네임스페이스 레이블을 사용할 수 있게 함으로써 정책에 대한 신뢰 가능한 기반이 마련될 수 있도록 보장한다.

추가적으로, 서비스 메쉬(service mesh)는 워크로드 특징에 따른 OSI 7 계층 정책을 제공하므로 네임스페이스보다 더 고도의 네트워크 격리를 제공할 수 있다. 이러한 상위 정책은 특히 하나의 테넌트에 대한 여러 네임스페이스가 있는 경우와 같이, 네임스페이스 기반 멀티 테넌시를 더욱 쉽게 관리할 수 있도록 한다. 신뢰가 손상된(compromised) 노드가 발생했을 시에도 데이터를 보호할 수 있는 상호 간의 TLS을 통해 암호화도 제공하며 전용 또는 가상의 클러스터 사이에서도 동작한다. 그러나 관리하기에 더 복잡할 수 있으며 모든 사용자에게 적합한 방법이 아닐 수 있다.

스토리지 격리

쿠버네티스는 워크로드가 퍼시스턴트 스토리지로 사용할 수 있는 몇 가지 종류의 볼륨을 제공한다. 보안 및 데이터 격리를 위해서는 동적 볼륨 프로비저닝을 권고하며 노드 리소스를 사용하는 볼륨 타입은 피해야 한다.

스토리지 클래스는 클러스터에 제공하는 사용자 정의 "클래스"를 서비스 품질 수준(quality-of-service level), 백업 정책 혹은 클러스터 운영자에 의해 결정된 사용자 정의 정책을 기반으로 명시할 수 있도록 허용한다.

파드는 퍼시스턴트 볼륨 클레임을 통해 스토리지를 요청할 수 있다. 퍼시스턴트 볼륨 클레임은 공용 쿠버네티스 클러스터 내에서 스토리지 시스템의 부분 단위 격리를 가능하게끔 하는 네임스페이스 리소스이다. 그러나 퍼시스턴트 볼륨은 클러스터 전범위(cluster-wide)의 리소스이며 워크로드와 네임스페이스의 라이프사이클에 독립적이므로, 이를 염두에 둘 필요가 있다.

예를 들어, 각 테넌트에 대한 별도의 스토리지 클래스를 설정할 수 있으며 이를 통해 격리를 강화할 수 있다. 만일 스토리지 클래스가 공유된다면, Delete 리클레임(reclaim) 정책을 설정하여
퍼시스턴트 볼륨이 다른 네임스페이스에서 재사용되지 못하도록 보장해야 한다.

컨테이너 샌드박싱(sandboxing)

쿠버네티스 파드는 워커 노드 상에서 실행되는 하나 또는 그 이상의 컨테이너로 구성되어 있다. 컨테이너는 OS 레벨의 가상화를 활용하기 때문에 하드웨어 기반의 가상화를 활용하는 가상 머신에 비해 격리의 경계가 약하다.

공유 환경에서 애플리케이션 및 시스템 계층 상 패치되지 않은 취약점은 컨테이너 탈출(container breakout) 또는 원격 코드 실행과 같이 호스트 리소스에 대한 접근을 허용하여 공격자에 의해 악용될 수 있다. 컨텐츠 매니지먼트 시스템(CMS)과 같은 특정 애플리케이션에서는, 고객이 신뢰되지 않은 스크립트 및 코드를 업로드할 수 있는 기능이 허용될 수 있다. 어떤 경우이든, 강한 격리를 통해 워크로드를 한 단계 더 격리하고 보호하기 위한 기능은 필요하다.

샌드박싱은 공유 클러스터에서 실행되는 워크로드를 격리하는 방법을 제공한다. 일반적으로 각 파드를 가상 머신 또는 유저스페이스 커널(userspace kernel)과 같은 별도의 실행 환경에서 실행하는 것과 연관이 있다. 샌드박싱은 주로 워크로드가 악의적으로 판단되는 신뢰되지 않은 코드를 실행할 때 권고된다. 이러한 격리가 필요한 이유는 컨테이너가 공유된 커널에서 실행되기 때문이다. 컨테이너는 하위 호스트의 /sys 및 /proc 와 같은 파일 시스템을 마운트 하기 때문에, 개별 커널을 가지는 가상 머신에서 실행되는 애플리케이션과 비교하였을 때는 보안성이 낮다. Seccomp, AppArmor, SELinux와 같은 제어를 통해 컨테이너의 보안을 강화할 수 있지만, 공유 클러스터에서 실행되고 있는 모든 워크로드에 대해 공통된 규칙을 적용하는 데는 어려움이 있다. 워크로드를 샌드박스 환경에서 실행함으로써, 공격자가 호스트의 취약점을 악용하여 호스트 시스템 및 해당 호스트에서 실행되고 있느 모든 프로세스와 파일 대한 권한을 얻을 수 있는 컨테이너 탈출로 부터 호스트를 보호할 수 있다.

가상 머신 및 유저스페이스 커널은 샌드박싱을 제공하는 대표적인 두 가지 방법이다. 다음과 같은 샌드박싱 구현이 가능하다.

• gVisor는 컨테이너로부터 시스템 호출을 가로채 Go로 작성된 유저스페이스 커널을 통해 실행하므로, 컨테이너가 호스트 내부(underlying host)에 대한 제한적인 접근 권한만 가진다.
• Kata 컨테이너는 OCI에 부합하는 런타임으로 가상 머신 내에서 컨테이너가 실행되도록 한다. Kata는 하드웨어 가상화를 통해, 신뢰되지 않은 코드를 실행하는 컨테이너에 대해 추가적인 보안 계층을 제공한다.

노드 격리

노드 격리는 테넌트 워크로드를 서로 격리시킬 수 있는 또 다른 기법이다. 노드 격리를 통해 하나의 노드 집합은 특정 테넌트의 파드를 전용으로 실행할 수 있으며 테넌트 파드 간의 혼합(co-mingling)은 금지되어 있다. 이러한 구성을 사용하게 되면 노드 상에서 실행되는 파드가 모두 하나의 테넌트 소유이기 때문에 소란스러운 테넌트 문제를 줄일 수 있다. 컨테이너 탈출에 성공한 공격자가 있다 하더라도, 해당 노드의 컨테이너 및 마운트 된 볼륨에 대해서만 접근 권한을 가지므로, 노드 격리를 통해 정보 유출의 위험도 비교적 감소한다.

다른 테넌트의 워크로드가 다른 노드에서 실행되고 있다 하더라도, Kubelet과 (가상 컨트롤 플레인을 사용하지 않는 한) API 서비스는 여전히 공유되고 있다는 사실을 이해하는 것은 중요하다. 능숙한 공격자는 Kubelet 또는 노드에서 실행되고 있는 다른 파드에 부여된 권한을 이용하여 클러스터 내에서 좌우로 이동하며 다른 노드에서 실행되고 있는 테넌트 워크로드에 대한 접근 권한을 얻을 수 있다. 만일 이러한 사항이 우려된다면, seccomp, AppArmor, SELinux와 같은 제어 방식을 이용하거나, 샌드박스 컨테이너 이용 또는 각 테넌트에 대한 개별 클러스터를 생성하는 방안을 검토해 보아야 한다.

노드 격리를 통해 파드가 아닌 노드 별 비용을 청구할 수 있으므로, 비용 관점에서는 샌드박스 컨테이너에 비해 이해 및 파악이 수월하다. 또한 호환성 및 성능 문제 발생 가능성이 낮으며 샌드박스 컨테이너 보다 구현도 더 쉬운 편이다. 예를 들어, 각 테넌트에 대한 노드는 대응하는 톨러레이션(toleration)을 가진 파드만 실행할 수 있도록 테인트(taint)를 통해 설정할 수 있다. 변화하는 웹훅을 통해 자동으로 톨러레이션과 노드 어피니티를 테넌트 네임스페이스에 배포된 파드에 추가하여, 해당 파드를 특정 테넌트를 위해 지정된 특정 노드의 집합에서 실행될 수 있도록 한다.

노드 격리는 파드 노드 셀렉터 또는 가상 Kubelet(Virtual Kubelet)을 통해 구현할 수 있다.

추가적인 고려 사항

해당 섹션에서는 멀티 테넌시와 연관 있는 이외의 쿠버네티스 구성 및 패턴에 대한 내용을 다룬다.

API 우선순위와 공평성

API 우선순위(priority)와 공평성(fairness)은 쿠버네티스의 기능 중 하나로, 클러스터 내 실행 중인 특정 파드에 대해 우선순위를 부여할 수 있다. 애플리케이션이 쿠버네티스 API를 호출하게 되면, API 서버는 해당 파드에 부여된 우선순위를 산정한다. 더 높은 우선순위를 가진 파드의 호출은 낮은 우선순위를 가진 파드의 호출보다 먼저 수행된다. 경합률(contention)이 높을 시에는 낮은 우선순위의 호출은 서버 리소스가 한가해질 때까지 대기하거나 해당 요청을 거부할 수 있다.

고객이 쿠버네티스 API와 상호작용하는 애플리케이션(예를 들어, 컨트롤러)을 실행하지 않은 한, SaaS 환경에서 API 우선순위와 공평성을 사용하는 일은 흔치 않을 것이다.

서비스 품질(QoS)

SaaS 애플리케이션을 실행할 시에는, 각 테넌트에게 다른 수준의 서비스 품질 티어(tier)를 제공하는 기능이 필요할 수 있다. 예를 들어, 낮은 성능 및 기능을 보장하는 무료 서비스와 특정 수준의 성능을 보장하는 유료 서비스를 제공할 수 있다. 다행히 쿠버네티스는 이러한 티어를 공유 클러스터 내에서 구현하기 위한 네트워크 QoS, 스토리지 클래스, 파드 우선순위 및 선점과 같은 몇 가지 구성들을 제공한다. 이는 각 테넌트가 지불한 비용에 적합한 서비스 품질을 제공하기 위한 목적이다. 우선 네트워크 QoS에 대해 먼저 살펴본다.

일반적으로 하나의 노드에 위치한 모든 파드는 네트워크 인터페이스를 공유한다. 네트워크 QoS 없이는, 몇 개의 파드가 가용 대역폭 중 다른 파드의 대역폭까지 소모하여 불공평한 공유를 야기할 수 있다. 쿠버네티스 대역폭 플러그인은 리눅스 tc 큐를 이용하여 파드에 비율 제한을 적용할 수 있는 쿠버네티스 리소스 구성(예를 들어, 요청/제한)을 사용 가능하게 하는 네트워킹 확장 리소스를 생성한다. 네트워크 플러그인 문서에 따르면 해당 플러그인은 아직은 실험 목적으로 사용되고 있다는 점에 대한 주의가 필요하며 프로덕션 환경에서 사용하기 전에는 철저한 테스트가 이루어져야 한다.

스토리지 서비스 품질과 같은 경우에는, 각 성능 특징을 나타내기 위해 서로 다른 스토리지 클래스 또는 프로필을 생성할 필요가 있다. 각 스토리지 프로필은 IO, 중복성, 처리량과 같이 서로 다른 워크로드에 최적화된 티어의 서비스와 묶을 수 있다. 테넌트가 자신의 워크로드에 적합한 스토리지 프로필을 적용하기 위해서는 추가적인 로직이 필요할 수 있다.

마지막으로, 파드에 우선순위 값을 부여할 수 있는 파드 우선순위와 선점이 있다. 파드 스케줄링 시에 우선순위가 높은 파드를 스케줄링하기 위한 리소스가 부족하다면, 스케줄러는 낮은 우선순위의 파드에 대한 축출을 시도한다. 공유 클러스터 내에서 다른 서비스 티어(예를 들어, 무료 및 유료)를 사용하는 테넌트를 가진 유스케이스가 있다면, 이러한 기능을 활용하여 특정 티어에 더 높은 우선순위를 부여할 수 있다.

DNS

쿠버네티스 클러스터는 네임과 IP 주소 간의 변환을 제공하기 위해 모든 서비스와 파드에서 도메인 네임 시스템(DNS) 서비스를 포함하고 있다. 기본적으로 쿠버네티스 DNS 서비스를 통해 클러스터 내 모든 네임스페이스를 조회할 수 있다.

테넌트가 파드 및 다른 쿠버네티스 리소스에 접근할 수 있거나, 더욱 강력한 격리가 필요한 멀티 테넌트 환경에서는 파드가 다른 네임스페이스의 서비스를 조회하는 것을 막는 것이 적절할 수 있다. 네임스페이스 교차 DNS 조회(cross-namespace DNS lookup)는 DNS 서비스의 보안 규칙 설정을 통해 제한할 수 있다. 예를 들어, CoreDNS(쿠버네티스 기본 DNS 서비스)는 쿠버네티스 메타데이터를 이용하여 네임스페이스 내의 파드 및 서비스에 대한 쿼리를 제한할 수 있다. 추가적인 정보는 CoreDNS 문서에 포함된 해당 사항을 설정하는 예시에서 확인할 수 있다.

테넌트 별 가상 컨트롤 플레인 모델이 사용될 시에는, 테넌트 별 DNS 서비스가 설정하거나 멀티 테넌트 DNS 서비스를 사용해야 한다. CoreDNS 사용자 맞춤 버전은 멀티 테넌트를 지원하는 하나의 예시이다.

오퍼레이터

오퍼레이터는 애플리케이션을 관리하는 쿠버네티스 컨트롤러이다. 오퍼레이터는 데이터베이스 서비스와 유사하게 애플리케이션의 여러 인스턴스를 간편하게 관리할 수 있어, 다중 소비자 (SaaS) 멀티 테넌시 유스케이스의 중요한 기반이 된다.

멀티 테넌트 환경에서 사용되는 오퍼레이터는 더욱 엄격한 가이드라인을 준수해야 한다. 다음은 오퍼레이터가 지켜야 할 사항이다.

• 오퍼레이터가 배포된 네임스페이스뿐만 아니라, 다른 테넌트 네임스페이스에서의 리소스 생성도 지원해야 한다.
• 스케줄링과 공평성을 보장하기 위해, 파드에 대한 리소스 요청 및 제한을 설정한다.
• 파드에서 노드 격리 및 샌드박스 컨테이너와 같은 데이터 플레인 격리 기법을 설정할 수 있도록 지원한다.

구현

멀티 테넌시를 위해 쿠버네티스 클러스터를 공유하는 대표적인 방법은 두 가지가 있으며, 이는 네임스페이스 사용 (테넌트 별 네임스페이스) 또는 컨트롤 플레인 가상화 (테넌트 별 가상 컨트롤 플레인)이다.

두 경우 모두 데이터 플레인 격리와 API 우선순위 및 공평성과 같은 추가적인 고려 사항에 대한 관리를 권고한다.

네임스페이스 격리는 쿠버네티스에서 지원이 잘 이루어지고 있으며, 아주 적은 리소스 비용을 소모하며 서비스 간의 통신과 같은 테넌트가 상호작용하기 위한 기능을 제공한다. 그러나 설정하는 과정이 복잡하며 커스텀 리소스 데피니션 정의, 스토리지 클래스, 웹훅과 같이 네임스페이스 적용을 받지 않은 쿠버네티스 리소스에 대해서는 적용되지 않는다.

컨트롤 플레인 가상화는 더 많은 리소스 사용량과 더 어려운 테넌트 교차 공유(cross-tenant sharing)를 대가로, 네임스페이스 되지 않은 리소스에 대한 격리 기능을 제공한다. 네임스페이스 격리로는 충분하지 않으며 높은 운영 비용 (특히 온 프레미스) 또는 큰 오버헤드와 리소스 공유의 부재로 인한 전용 클러스터는 사용하지 못할 때 좋은 선택지다. 그러나, 가상 컨트롤 플레인을 사용하더라도 네임스페이스를 같이 사용하면 이익을 볼 수 있다.

두 가지의 옵션은 다음 섹션에서 상세히 다룬다.

테넌트 별 네임스페이스

이전에 언급하였듯이, 전용 클러스터 또는 가상 컨트롤 플레인을 사용하더라도 각 워크로드를 개별 네임스페이스로 격리하는 것을 고려해 보아야 한다. 이를 통해 각 워크로드는 컨피그맵 및 시크릿과 같이 자신의 리소스에만 접근할 수 있으며 각 워크로드에 대한 전용 보안 정책을 조정할 수 있다. 추가적으로, 전용 및 공유 클러스터 간 전환 혹은 서비스 메쉬와 같은 멀티 클러스터 툴을 이용할 수 있는 유연성을 제공받기 위해 각 네임스페이스 이름을 전체 클러스터 무리 사이에서도 고유하게 짓는 것이 (즉, 서로 다른 클러스터에 위치하더라도) 모범 사례이다.

반대로 워크로드 레벨이 아닌, 하나의 테넌트가 소유한 모든 워크로드에 대해 적용되는 정책도 있기 때문에 테넌트 레벨에서의 네임스페이스 적용도 장점이 있다. 그러나 이는 또 다른 문제를 제기한다. 첫 번째로 개별 워크로드에 대한 맞춤 정책을 적용하는 것이 어렵거나 불가능해지며, 두 번째로는 네임스페이스를 적용받을 하나의 "테넌시" 레벨을 정하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 하나의 조직에 부서, 팀, 하위 팀이 있다고 하면 어떤 단위에 대해 네임스페이스를 적용해야 하는가?

이러한 문제의 해결책으로, 네임스페이스를 계층으로 정리하고 특정 정책 및 리소스를 사이에서 공유할 수 있는 계층적 네임스페이스 컨트롤러(HNC)를 쿠버네티스에서 제공하고 있다. 또한 네임스페이스 레이블 관리, 네임스페이스 라이프사이클, 관리 위임, 관련된 네임스페이스 사이에서 리소스 쿼터 공유와 같은 이점도 있다. 이러한 기능은 다중 팀 및 다중 고객 시나리오에서도 유용하다.

유사한 기능을 제공하며 네임스페이스 리소스 관리를 돕는 다른 프로젝트는 다음과 같다.

다중 팀 테넌시

• Capsule
• Kiosk

다중 고객 테넌시

• Kubeplus

정책 엔진

정책 엔진은 테넌트 구성을 생성하고 검증하는 기능을 제공한다.

• Kyverno
• OPA/Gatekeeper

테넌트 별 가상 컨트롤 플레인

컨트롤 플레인 격리의 또 다른 형태로는 쿠버네티스 확장을 이용하여 클러스터 전범위의 API 리소스를 세분화할 수 있는, 각 테넌트에 가상 컨트롤 플레인을 제공하는 형태이다. 데이터 플레인 격리 기법을 이러한 모델과 함께 이용하여 테넌트 간의 워커 노드를 안전하게 관리할 수 있다.

가상 컨트롤 플레인 기반의 멀티 테넌시 모델은 각 테넌트에게 전용 컨트롤 플레인 요소를 제공하며 클러스터 전범위 리소스 및 애드온 서비스에 대한 완전한 제어를 부여하게 되어 네임스페이스 기반 멀티 테넌시를 확장한다. 워커 노드는 모든 테넌트 간 공유 되며, 일반적으로 테넌트에 의해 접근이 불가능한 쿠버네티스 클러스터에 의해 관리된다. 이러한 클러스터를 슈퍼 클러스터 (혹은 호스트 클러스터)라고 부른다. 테넌트의 컨트롤 플레인은 하위 컴퓨팅 리소스와 직접적으로 연결된 것이 아니기 때문에 가상 컨트롤 플레인 이라고 부른다.

가상 컨트롤 플레인은 일반적으로 쿠버네티스 API 서버, 컨트롤러 매니저, etcd 데이터 스토어로 구성되어 있다. 테넌트 컨트롤 플레인과 슈퍼 클러스터 컨트롤 플레인 간 변화를 조정하는 메타데이터 동기화 컨트롤러를 통해 슈퍼 클러스터와 상호작용한다.

하나의 API 서버를 사용하였을 때 나타나는 격리 문제는 테넌트 별 전용 컨트롤 플레인을 이용하면 해결된다. 몇 가지 예시로는, 컨트롤 플레인 내의 소란스러운 이웃 문제, 잘못된 정책 설정으로 인한 제어불능 영향 반경, 웹훅 및 CRD와 같은 클러스터 범위 오브젝트 간의 충돌이 있다. 그러므로 각 테넌트가 쿠버네티스 API 서버에 대한 접근 권한 및 완전한 클러스터 관리 기능이 필요한 경우, 가상 컨트롤 플레인 모델이 적합하다.

개선된 격리의 대가는 각 테넌트 별 가상 컨트롤 플레인을 운영하고 유지하는 비용에서 나타난다. 추가적으로, 각 테넌트 컨트롤 플레인은 노드 레벨에서의 소란스러운 이웃 문제 또는 보안 위협과 같은 데이터 플레인에서의 격리 문제를 해결하지 못한다. 이러한 문제에 대해서는 별도로 대응해야 한다.

쿠버네티스 클러스터 API - 네스티드(CAPN) 프로젝트는 가상 컨트롤 플레인 구현 방식을 제공한다.

이외의 구현 방식

• Kamaji
• vcluster