초보자를 위한 Knative Serverless 프레임워크에 대한 빠른 가이드

최근 몇 년 동안 서버리스 프레임워크에 대한 수요가 급증했으며, 개발자들 사이에서 그 활용도가 점차 높아지고 있습니다.

그럼에도 불구하고 컨테이너 기반 애플리케이션은 이미 널리 사용되고 있으며, 특히 기업 환경에서는 Kubernetes가 표준으로 자리 잡았습니다.

Kubernetes는 뛰어난 잠재력을 지닌 강력한 도구임에 틀림없습니다. Knative와 같은 최신 기술과 다양한 새로운 도구 덕분에 생태계 또한 빠르게 성장하고 있습니다.

Knative는 기존의 실패 요인을 극복하고 클라우드 플랫폼 및 클라우드 네이티브 오케스트레이션의 핵심 표준을 확립하기 위해 도입되었습니다.

즉, Knative 서버리스 프레임워크는 다른 클라우드 기반 서버리스 배포 방식보다 훨씬 더 효과적으로 회사의 요구사항을 충족할 수 있습니다.

본 가이드에서는 Knative의 개념, 장점, 활용 사례, 설치 방법, 작동 방식 등에 대해 자세히 알아보겠습니다.

자, 시작해 볼까요!

Knative란 무엇인가?

Knative는 Google에서 최초로 개발한 Kubernetes 기반 서버리스 프레임워크입니다. 기업의 요구사항에 맞춰 서버리스 기능을 로드하고 실행하여 자원 낭비를 최소화합니다. Kubernetes 환경에서 서버리스 애플리케이션을 배포, 실행 및 관리하기 위한 다양한 구성 요소를 제공하는 오픈소스 프로젝트입니다.

Knative 서버리스 프레임워크의 주요 목표는 플랫폼 간 오케스트레이션에 대한 표준을 관리하는 것입니다. 이를 위해 컨테이너 생성, 자동 스케일링, 이벤트 모델, 워크로드 관리 등의 기능을 통합하여 구현됩니다.

과거에는 Knative 외에도 다양한 오픈소스 솔루션들이 존재했습니다. 각 솔루션마다 배포 방식이 달랐기 때문에 표준화된 관행이 부족하여 시장의 단편화를 야기할 수 있었습니다. 즉, 특정 시스템 기능이 필요한 경우 특정 공급업체를 선택해야만 했습니다.

하지만 이러한 환경에서는 이주 문제가 두드러지게 나타나기 시작했습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 Knative 서버리스 프레임워크가 도입되었습니다. 따라서 작업 통합에 어려움을 겪고 있다면, Knative는 Kubernetes 기반 파이프라인 내에서 이를 효율적으로 처리할 수 있습니다.

Knative는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있습니다.

Knative Build: 컨테이너 이미지를 빌드하고 소스 코드에서 사용할 수 있도록 합니다.
Knative Serving: Istio 및 Kubernetes를 활용하여 컨테이너 이미지를 연결하고 할당된 인프라 리소스를 통해 배포합니다.
Knative Eventing: 사용자가 이벤트 트리거를 정의하고, 이를 컨테이너화된 기능과 연결할 수 있도록 합니다.

Knative는 특정 이벤트가 발생할 때마다 요청에 따라 실행될 프로세스를 정의합니다. Knative를 사용하면 지정된 프로세스가 실행될 때만 호스팅 리소스가 할당되므로 작업을 위해 컨테이너 노드, 클러스터, 포드를 미리 할당할 필요가 없습니다. 이러한 방식으로 Knative는 서버리스 컴퓨팅과 컨테이너 기술의 장점을 효과적으로 결합합니다.

Knative의 핵심 개념

Knative 서버리스 프레임워크의 주요 개념과 Knative 기본 요소 간의 관계를 자세히 살펴보겠습니다.

빌드(Build)

Knative 빌드는 기존 Kubernetes의 기본 요소를 활용하고 확장하여 소스 코드에서 컨테이너를 빌드하는 과정을 지원합니다. 종속성 및 저장소에서 소스 코드를 가져와 컨테이너 이미지를 생성하고 등록하는 역할을 합니다.

이벤트(Event)

이벤트는 이벤트 중심 아키텍처를 구축하기 위해 느슨하게 연결된 이벤트 소비자와 생산자 간의 원활한 커뮤니케이션을 가능하게 합니다. Knative는 이러한 이벤트를 개발자의 별도 설정 없이 자동으로 큐에 넣어 관리합니다.

큐에 저장된 이벤트는 나중에 컨테이너로 전달됩니다. 이후 컨테이너는 작업을 완료한 후 이벤트 생산자에게 결과를 다시 보냅니다. 이러한 방식으로 개발자는 연결 설정을 위한 코드를 작성하는 부담을 줄일 수 있습니다.

기능(Function)

기능은 마이크로서비스와 같이 독립적으로 배포 가능한 단위이며, Knative 서비스의 핵심 요소입니다. 기능은 다음과 같이 특정 작업을 수행하도록 설계됩니다.

데이터베이스에서 파일 처리
데이터베이스에 사용자 정보 저장
예약된 작업 실행

Knative 서버리스 프레임워크는 이러한 기능들을 효율적으로 개발, 배포 및 관리할 수 있도록 설계되었습니다.

플러그인(Plugin)

플러그인을 사용하면 Knative 서버리스 프레임워크의 기능을 간편하게 확장하거나 재정의할 수 있습니다. 모든 serverless.yml 파일에는 다양한 플러그인을 제공하는 플러그인 속성이 포함되어 있습니다.

리소스(Resource)

리소스는 함수에서 사용하는 Knative 서버리스 인프라 구성 요소를 의미하며, 여기에는 다음이 포함됩니다.

AWS SQS 이벤트 소스
예약된 작업 (5분마다, 10분마다 실행 등)
Kafka 이벤트 소스

이 외에도 다양한 리소스를 활용할 수 있습니다.

서비스(Service)

서비스는 프로젝트와 유사하게 Knative 서버리스 프레임워크의 조직 단위로 간주할 수 있습니다. 하나의 애플리케이션에서 여러 서비스를 사용할 수 있으며, 서비스를 프로젝트 파일처럼 생각하면 이해하기 쉽습니다.

여기서 기능, 이벤트, 리소스를 모두 serverless.yml, serverless.json 또는 serverless.js와 같은 단일 파일에 정의할 수 있습니다. 서버리스 프레임워크를 사용하여 서비스를 배포하면 파일에 정의된 모든 내용이 한 번에 배포됩니다.

제공(Serving)

Knative 제공은 애플리케이션 배포를 지원하기 위해 Istio 및 Kubernetes를 기반으로 합니다. 이를 통해 서버리스 컨테이너, 네트워크 프로그래밍, Istio 구성 요소의 자동 스케일링을 신속하게 구현할 수 있습니다. Knative 제공은 컨테이너를 단일 인스턴스에서 여러 인스턴스로 확장 가능한 서비스로 관리합니다.

Knative의 특징

Knative 서버리스 프레임워크의 주요 특징을 몇 가지 살펴보겠습니다.

Knative는 Kubernetes 기반 서버리스 프레임워크로, Kubernetes에 서비스를 배포하는 데 유용합니다.
Knative는 다양한 환경과 쉽게 통합할 수 있습니다.
개발자는 Knative를 통해 Kubernetes API를 직접 사용하여 서버리스 서비스를 배포할 수 있습니다.
Knative의 이벤트 시스템을 통해 사용자가 서버리스 서비스를 트리거할 수 있습니다.

Knative의 작동 원리

Knative 서버리스 프레임워크는 이벤트 조정 기능을 통해 Istio와 Kubernetes를 연결합니다. Kubernetes는 마이크로서비스 및 컨테이너의 오케스트레이터 역할을 수행하며, Istio는 다양한 구성 요소를 결합하여 사용자 및 시스템과 상호 작용하는 오픈 소스 메시 기술입니다.

Knative는 사용자에게 기본적인 일상 작업을 수행하기 위한 다양한 구성 요소를 제공하며, 이러한 구성 요소는 여러 애플리케이션에서 지속적으로 활용됩니다. 개발자는 어떤 프로그래밍 언어든 사용할 수 있습니다. Knative는 컨테이너 이미지만 인식하므로 특정 언어에 대한 지식이 필요하지 않습니다.

Knative 서버리스 프레임워크는 세 가지 핵심 구성 요소를 기반으로 작동합니다.

새 컨테이너 빌드

빌드 구성 요소는 새 컨테이너를 빌드하는 역할을 합니다. 소스 코드를 컨테이너로 변환하는 데 사용되며, 비즈니스 요구 사항에 맞게 Knative를 구성할 수 있습니다.

Knative는 먼저 GitHub와 같은 라이브러리에서 소스 코드를 가져옵니다. 그런 다음 코드가 효과적으로 실행될 수 있도록 필요한 종속성을 추가합니다. 마지막으로 컨테이너 이미지를 생성하여 Kubernetes 플랫폼에서 접근 가능한 파일에 저장합니다.

생성된 컨테이너는 Kubernetes 및 Knative를 사용하는 개발자가 사용할 수 있습니다. 즉, 코드의 출처만 알고 있으면 컨테이너를 빌드할 수 있습니다.

플랫폼 제공 또는 실행

제공 구성 요소는 플랫폼 실행을 담당하며, 여기에는 다음이 포함됩니다.

구성: 구성은 서비스의 여러 버전을 관리하는 데 사용됩니다. 컨테이너에 새로운 기능이 배포될 때마다 Knative는 기존 버전을 보존하고 최신 변경 사항과 기능을 반영한 새 버전을 생성합니다. 또한 Knative는 서비스의 상태를 정의합니다.
자동 스케일링: 서버리스 컨테이너가 효율적으로 작동하려면 필요한 경우 자동으로 스케일링되어야 합니다. Knative는 서비스 수요에 따라 자동으로 확장할 수 있습니다.
지능형 서비스 라우팅: Knative 작동 메커니즘의 중요한 부분입니다. 개발자는 트래픽 흐름과 양을 다양한 기존 버전의 마이크로서비스로 분산시킬 수 있습니다. 새로운 기능을 도입하거나 블루-그린 배포 전략을 사용할 때 지능형 서비스 라우팅을 활용할 수 있습니다.

이를 통해 일부 사용자를 최근 테스트 및 최신 버전에 먼저 노출시키고, 이후에 전체 트래픽을 새 버전으로 점진적으로 라우팅할 수 있습니다.

기능 정의를 위한 이벤트

Knative의 이벤트 구성 요소는 Knative의 기능을 정의하는 역할을 합니다. 이벤트를 기반으로 컨테이너 실행을 설정할 수 있으며, 다양한 이벤트가 컨테이너의 특정 기능을 트리거합니다.

개발자는 이벤트 트리거와 관련 컨테이너를 정의하여 Knative가 작업을 수행하도록 할 수 있습니다. Knative는 이벤트 목록과 이벤트 전달을 처리합니다.

Knative의 장점

Knative는 경로 관리, 단계적 릴리스, 서비스 연결과 같은 다양한 서비스를 제공합니다. 또한 대규모 커뮤니티를 기반으로 활발하게 개발되고 있습니다. 기업이 Knative 기술을 채택하는 데 따른 이점을 살펴보겠습니다.

Knative는 다른 솔루션과 달리 표준화된 이벤트를 사용하며 FaaS 솔루션과 호환됩니다. 서버리스 아키텍처 설계에 유용한 CloudEvent 표준 프레임워크를 제공합니다.
Knative는 PaaS(Platform as a Service)는 아니지만, 서버리스 오케스트레이션 플랫폼으로서 서버리스 PaaS를 구축하는 데 활용될 수 있습니다.
Knative는 완전하고 성숙한 서버리스 설계 방식을 제공합니다.
Knative는 플랫폼 간 호환성을 지원하며, 클라우드 공급자 간에 보편적인 표준을 제공하여 특정 공급업체에 종속되는 것을 방지합니다.

Knative는 유연한 프레임워크를 제공합니다.
비율 기반 단계적 릴리스를 지원합니다.
컨테이너화된 환경 내에서 서버리스 생태계를 경험할 수 있습니다.
Knative는 관리 및 도구에 대한 의존성을 줄여줍니다.
Kubernetes를 기반으로 하여 Knative와 통합된 다른 클라우드 공급업체로 빠르게 마이그레이션할 수 있습니다.
요청 기반 컴퓨팅 모델을 제공합니다.
워크플로를 서비스로 관리할 수 있습니다.
Knative를 활용하여 IoT 데이터를 처리하고, 접근성 검사를 실행하고, 보안 그룹 설정을 검증할 수 있습니다.
개발자는 코드 작성에 집중할 수 있으며, 반복적인 코드를 빠르게 작성할 수 있습니다.
개발자가 새로운 버전을 빠르게 통합할 수 있도록 지원합니다.
Knative의 이벤트 기반 모델은 구독, 외부 시스템 연결, 등록과 같은 기능 구현을 지원합니다.

Knative(및 일부 솔루션)의 과제

효율성 문제

적절한 애플리케이션을 지원하는 Knative 프레임워크는 최소한의 비용으로 더 나은 성능을 제공합니다. 그러나 애플리케이션을 부적절하게 혼합하면 비용이 증가하고 컨테이너 리소스를 충분히 활용하지 못할 수 있습니다. 이는 Knative 서버리스 배포의 가장 큰 문제점 중 하나인 애플리케이션 성능 저하로 이어질 수 있습니다.

따라서 리소스 풀의 크기가 적절하지 않거나 잘못된 애플리케이션 구성은 Knative의 많은 이점을 무효화할 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 테스트를 수행하여 Knative 환경에서 리소스 수량과 애플리케이션 조합을 확인해야 합니다. 각각에 대한 평균 및 최대 부하 크기를 조정하여 이벤트 부하를 측정하고 리소스 총 소비량을 추정합니다. 여러 애플리케이션에 대해 이 과정을 반복하여 시험 구성을 만들고 실행하여 견적을 확인하는 것이 좋습니다.

기능적 문제

Knative의 기능적 문제점은 다음과 같습니다.

Knative는 상태 비저장 모델에 적합한 기능에 의존합니다. 이는 구성 요소 자체에 데이터가 저장되지 않음을 의미합니다. 기능 개발은 어려운 단계는 아니지만 접근 방식에 약간의 변화가 필요하며, 사소한 실수가 소프트웨어 성능 저하를 초래할 수 있습니다.
비즈니스 데이터는 여러 단계의 트랜잭션으로 구성되며, 상태 비저장 기능은 모든 단계에서 컨텍스트를 유지해야 합니다. Knative에는 공용 클라우드 서버리스 도구와 같은 기능이 없을 수 있습니다.

정기적으로 시스템을 모니터링하고 문제를 해결하면 성능을 적절한 수준으로 유지할 수 있습니다.

운영상의 과제

공용 클라우드의 서버리스 제품과 비교했을 때 Knative는 운영상의 어려움이 있을 수 있습니다. 관리자는 공용 클라우드 환경에서는 기본 서버를 제어하지 않지만, Knative 환경에서는 Kubernetes, 컨테이너, Knative, Istio 자체를 함께 관리해야 합니다.

Knative는 이미 Kubernetes 및 컨테이너에 익숙한 회사의 운영 및 개발 복잡성을 최소화합니다. 서비스 메시 및 마이크로서비스에 익숙한 사용자라면 Knative가 자연스러운 확장이라고 생각할 것입니다.

Knative의 활용 사례

정해진 시간 내에 또는 그 이상으로 다양한 이벤트가 발생하는 애플리케이션에는 Knative가 가장 적합합니다. Knative 서버리스 프레임워크의 일반적인 활용 사례는 다음과 같습니다.

이벤트 중심 아키텍처는 필수적입니다. IT 팀이 애플리케이션을 트랜잭션보다는 일련의 이벤트로 생각할 수 없다면, Knative는 기능 및 효율성 측면에서 좋은 선택이 아닐 수 있습니다.

Knative의 전제 조건 및 설치

앞서 살펴본 것처럼 Knative는 서비스 메시 및 워크로드 오케스트레이션 클러스터에서 실행되는 이벤트 및 제공과 같은 구성 요소 집합입니다. 간단한 작업을 위해 설치해야 하는 명령줄 유틸리티도 제공됩니다. 따라서 설치를 진행하려면 몇 가지 종속성이 필요합니다.

전제 조건

Kubernetes를 설치하는 방법은 여러 가지가 있습니다. Docker Desktop은 다양한 용도로 사용되는 간편한 Kubernetes 클러스터를 구현하기 위한 솔루션을 제공합니다. 간단하게 접근하려면 Docker에서 Kubernetes를 사용하여 Docker 컨테이너 노드와 함께 Kubernetes 클러스터를 실행하는 것이 좋습니다. 클러스터 작업을 보다 편리하게 수행하려면 Knative 명령줄 도구를 사용하는 것이 좋습니다.

Knative CLI는 리소스 생성을 위한 간편하고 빠른 인터페이스를 제공합니다. 트래픽 분할 및 자동 스케일링과 같은 복잡한 작업도 지원합니다. GitHub 페이지에서 호환 가능한 바이너리를 다운로드하면 쉽게 이용할 수 있습니다.

설치

모든 전제 조건이 충족되면 구성 요소 설치를 진행할 수 있습니다. 개발 환경의 경우 빠른 시작 플러그인이 있습니다. 이 플러그인을 사용하면 Knative 클라이언트를 통해 로컬 Knative 클러스터를 설치할 수 있습니다. 공식 릴리스 페이지에서 빠른 시작 플러그인을 다운로드할 수 있습니다.

결론: Knative의 미래

Knative는 애플리케이션의 자동 확장을 제공하여 서버리스 컴퓨팅 환경을 혁신했습니다. 상호 운용 가능한 모듈식 시스템에 상당한 영향을 미치고 있습니다.

미래에는 Knative가 현재의 단점을 보완하고 서버리스 아키텍처를 실행하는 가장 효율적인 기술 중 하나로 자리매김할 것으로 기대됩니다.

Knative 기술은 서버리스 대안보다 더 많은 이점을 제공하여 개발자들에게 더욱 큰 영향을 미치고 있습니다. Knative는 Kubernetes 확장을 구축하고 유지 관리해야 하는 번거로움을 해결하여 개발자들의 시간을 크게 절약해 줍니다. 개발자들은 Knative 기술이 사용하기 쉽고 서버리스 솔루션의 훌륭한 대안이라고 평가하고 있습니다.

따라서 클라우드 워크플로에서 Kubernetes 환경의 성능을 극대화하려면 Knative 기술을 채택하고 직접 그 이점을 경험해 보시기 바랍니다.