로깅 아키텍처

애플리케이션 로그는 애플리케이션 내부에서 발생하는 상황을 이해하는 데 도움이 된다. 로그는 문제를 디버깅하고 클러스터 활동을 모니터링하는 데 특히 유용하다. 대부분의 최신 애플리케이션에는 일종의 로깅 메커니즘이 있다. 마찬가지로, 컨테이너 엔진들도 로깅을 지원하도록 설계되었다. 컨테이너화된 애플리케이션에 가장 쉽고 가장 널리 사용되는 로깅 방법은 표준 출력과 표준 에러 스트림에 작성하는 것이다.

그러나, 일반적으로 컨테이너 엔진이나 런타임에서 제공하는 기본 기능은 완전한 로깅 솔루션으로 충분하지 않다.

예를 들어, 컨테이너가 크래시되거나, 파드가 축출되거나, 노드가 종료된 경우에도 애플리케이션의 로그에 접근하고 싶을 것이다.

클러스터에서 로그는 노드, 파드 또는 컨테이너와는 독립적으로 별도의 스토리지와 라이프사이클을 가져야 한다. 이 개념을 클러스터-레벨-로깅 이라고 한다.

클러스터-레벨 로깅은 로그를 저장, 분석, 쿼리하기 위해서는 별도의 백엔드가 필요하다. 쿠버네티스가 로그 데이터를 위한 네이티브 스토리지 솔루션을 제공하지는 않지만, 쿠버네티스에 통합될 수 있는 기존의 로깅 솔루션이 많이 있다.

쿠버네티스의 기본 로깅

이 예시는 텍스트를 초당 한 번씩 표준 출력에 쓰는 컨테이너에 대한 Pod 명세를 사용한다.

debug/counter-pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: counter
spec:
  containers:
  - name: count
    image: busybox:1.28
    args: [/bin/sh, -c,
            'i=0; while true; do echo "$i: $(date)"; i=$((i+1)); sleep 1; done']

이 파드를 실행하려면, 다음의 명령을 사용한다.

kubectl apply -f https://k8s.io/examples/debug/counter-pod.yaml

출력은 다음과 같다.

pod/counter created

로그를 가져오려면, 다음과 같이 kubectl logs 명령을 사용한다.

kubectl logs counter

출력은 다음과 같다.

0: Mon Jan  1 00:00:00 UTC 2001
1: Mon Jan  1 00:00:01 UTC 2001
2: Mon Jan  1 00:00:02 UTC 2001
...

kubectl logs --previous 를 사용해서 컨테이너의 이전 인스턴스에 대한 로그를 검색할 수 있다. 파드에 여러 컨테이너가 있는 경우, 다음과 같이 명령에 -c 플래그와 컨테이너 이름을 추가하여 접근하려는 컨테이너 로그를 지정해야 한다.

kubectl logs counter -c count

자세한 내용은 kubectl logs 문서를 참조한다.

노드 레벨에서의 로깅

컨테이너화된 애플리케이션의 stdout(표준 출력) 및 stderr(표준 에러) 스트림에 의해 생성된 모든 출력은 컨테이너 엔진이 처리 및 리디렉션 한다. 예를 들어, 도커 컨테이너 엔진은 이 두 스트림을 로깅 드라이버로 리디렉션 한다. 이 드라이버는 쿠버네티스에서 JSON 형식의 파일에 작성하도록 구성된다.

기본적으로, 컨테이너가 다시 시작되면, kubelet은 종료된 컨테이너 하나를 로그와 함께 유지한다. 파드가 노드에서 축출되면, 해당하는 모든 컨테이너도 로그와 함께 축출된다.

노드-레벨 로깅에서 중요한 고려 사항은 로그 로테이션을 구현하여, 로그가 노드에서 사용 가능한 모든 스토리지를 사용하지 않도록 하는 것이다. 쿠버네티스는 로그 로테이션에 대한 의무는 없지만, 디플로이먼트 도구로 이를 해결하기 위한 솔루션을 설정해야 한다. 예를 들어, kube-up.sh 스크립트에 의해 배포된 쿠버네티스 클러스터에는, 매시간 실행되도록 구성된 logrotate 도구가 있다. 애플리케이션의 로그를 자동으로 로테이션하도록 컨테이너 런타임을 설정할 수도 있다.

예를 들어, kube-up.sh 가 GCP의 COS 이미지 로깅을 설정하는 방법은 configure-helper 스크립트를 통해 자세히 알 수 있다.

CRI 컨테이너 런타임 을 사용할 때, kubelet은 로그를 로테이션하고 로깅 디렉터리 구조를 관리한다. kubelet은 이 정보를 CRI 컨테이너 런타임에 전송하고 런타임은 컨테이너 로그를 지정된 위치에 기록한다. kubelet config file에 있는 두 개의 kubelet 파라미터 containerLogMaxSize 및 containerLogMaxFiles를 사용하여 각 로그 파일의 최대 크기와 각 컨테이너에 허용되는 최대 파일 수를 각각 구성할 수 있다.

기본 로깅 예제에서와 같이 kubectl logs를 실행하면, 노드의 kubelet이 요청을 처리하고 로그 파일에서 직접 읽는다. kubelet은 로그 파일의 내용을 반환한다.

시스템 컴포넌트 로그

시스템 컴포넌트에는 컨테이너에서 실행되는 것과 컨테이너에서 실행되지 않는 두 가지 유형이 있다. 예를 들면 다음과 같다.

• 쿠버네티스 스케줄러와 kube-proxy는 컨테이너에서 실행된다.
• Kubelet과 컨테이너 런타임은 컨테이너에서 실행되지 않는다.

systemd를 사용하는 시스템에서는, kubelet과 컨테이너 런타임은 journald에 작성한다. systemd를 사용하지 않으면, kubelet과 컨테이너 런타임은 /var/log 디렉터리의 .log 파일에 작성한다. 컨테이너 내부의 시스템 컴포넌트는 기본 로깅 메커니즘을 무시하고, 항상 /var/log 디렉터리에 기록한다. 시스템 컴포넌트는 klog 로깅 라이브러리를 사용한다. 로깅에 대한 개발 문서에서 해당 컴포넌트의 로깅 심각도(severity)에 대한 규칙을 찾을 수 있다.

컨테이너 로그와 마찬가지로, /var/log 디렉터리의 시스템 컴포넌트 로그를 로테이트해야 한다. kube-up.sh 스크립트로 구축한 쿠버네티스 클러스터에서 로그는 매일 또는 크기가 100MB를 초과하면 logrotate 도구에 의해 로테이트가 되도록 구성된다.

클러스터 레벨 로깅 아키텍처

쿠버네티스는 클러스터-레벨 로깅을 위한 네이티브 솔루션을 제공하지 않지만, 고려해야 할 몇 가지 일반적인 접근 방법을 고려할 수 있다. 여기 몇 가지 옵션이 있다.

• 모든 노드에서 실행되는 노드-레벨 로깅 에이전트를 사용한다.
• 애플리케이션 파드에 로깅을 위한 전용 사이드카 컨테이너를 포함한다.
• 애플리케이션 내에서 로그를 백엔드로 직접 푸시한다.

노드 로깅 에이전트 사용

각 노드에 노드-레벨 로깅 에이전트 를 포함시켜 클러스터-레벨 로깅을 구현할 수 있다. 로깅 에이전트는 로그를 노출하거나 로그를 백엔드로 푸시하는 전용 도구이다. 일반적으로, 로깅 에이전트는 해당 노드의 모든 애플리케이션 컨테이너에서 로그 파일이 있는 디렉터리에 접근할 수 있는 컨테이너이다.

로깅 에이전트는 모든 노드에서 실행되어야 하므로, 에이전트를 DaemonSet 으로 동작시키는 것을 추천한다.

노드-레벨 로깅은 노드별 하나의 에이전트만 생성하며, 노드에서 실행되는 애플리케이션에 대한 변경은 필요로 하지 않는다.

컨테이너는 로그를 stdout과 stderr로 출력하며, 합의된 형식은 없다. 노드-레벨 에이전트는 이러한 로그를 수집하고 취합을 위해 전달한다.

로깅 에이전트와 함께 사이드카 컨테이너 사용

다음 중 한 가지 방법으로 사이드카 컨테이너를 사용할 수 있다.

• 사이드카 컨테이너는 애플리케이션 로그를 자체 stdout 으로 스트리밍한다.
• 사이드카 컨테이너는 로깅 에이전트를 실행하며, 애플리케이션 컨테이너에서 로그를 가져오도록 구성된다.

사이드카 컨테이너 스트리밍

사이드카 컨테이너가 자체 stdout 및 stderr 스트림으로 쓰도록 하면, 각 노드에서 이미 실행 중인 kubelet과 로깅 에이전트를 활용할 수 있다. 사이드카 컨테이너는 파일, 소켓 또는 journald에서 로그를 읽는다. 각 사이드카 컨테이너는 자체 stdout 또는 stderr 스트림에 로그를 출력한다.

이 방법을 사용하면 애플리케이션의 다른 부분에서 여러 로그 스트림을 분리할 수 있고, 이 중 일부는 stdout 또는 stderr 에 작성하기 위한 지원이 부족할 수 있다. 로그를 리디렉션하는 로직은 최소화되어 있기 때문에, 심각한 오버헤드가 아니다. 또한, stdout 및 stderr 가 kubelet에서 처리되므로, kubectl logs 와 같은 빌트인 도구를 사용할 수 있다.

예를 들어, 파드는 단일 컨테이너를 실행하고, 컨테이너는 서로 다른 두 가지 형식을 사용하여 서로 다른 두 개의 로그 파일에 기록한다. 파드에 대한 구성 파일은 다음과 같다.

admin/logging/two-files-counter-pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: counter
spec:
  containers:
  - name: count
    image: busybox:1.28
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - >
      i=0;
      while true;
      do
        echo "$i: $(date)" >> /var/log/1.log;
        echo "$(date) INFO $i" >> /var/log/2.log;
        i=$((i+1));
        sleep 1;
      done      
    volumeMounts:
    - name: varlog
      mountPath: /var/log
  volumes:
  - name: varlog
    emptyDir: {}

두 컴포넌트를 컨테이너의 stdout 스트림으로 리디렉션한 경우에도, 동일한 로그 스트림에 서로 다른 형식의 로그 항목을 작성하는 것은 추천하지 않는다. 대신, 두 개의 사이드카 컨테이너를 생성할 수 있다. 각 사이드카 컨테이너는 공유 볼륨에서 특정 로그 파일을 테일(tail)한 다음 로그를 자체 stdout 스트림으로 리디렉션할 수 있다.

다음은 사이드카 컨테이너가 두 개인 파드에 대한 구성 파일이다.

admin/logging/two-files-counter-pod-streaming-sidecar.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: counter
spec:
  containers:
  - name: count
    image: busybox:1.28
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - >
      i=0;
      while true;
      do
        echo "$i: $(date)" >> /var/log/1.log;
        echo "$(date) INFO $i" >> /var/log/2.log;
        i=$((i+1));
        sleep 1;
      done      
    volumeMounts:
    - name: varlog
      mountPath: /var/log
  - name: count-log-1
    image: busybox:1.28
    args: [/bin/sh, -c, 'tail -n+1 -F /var/log/1.log']
    volumeMounts:
    - name: varlog
      mountPath: /var/log
  - name: count-log-2
    image: busybox:1.28
    args: [/bin/sh, -c, 'tail -n+1 -F /var/log/2.log']
    volumeMounts:
    - name: varlog
      mountPath: /var/log
  volumes:
  - name: varlog
    emptyDir: {}

이제 이 파드를 실행하면, 다음의 명령을 실행하여 각 로그 스트림에 개별적으로 접근할 수 있다.

kubectl logs counter count-log-1

출력은 다음과 같다.

0: Mon Jan  1 00:00:00 UTC 2001
1: Mon Jan  1 00:00:01 UTC 2001
2: Mon Jan  1 00:00:02 UTC 2001
...

kubectl logs counter count-log-2

출력은 다음과 같다.

Mon Jan  1 00:00:00 UTC 2001 INFO 0
Mon Jan  1 00:00:01 UTC 2001 INFO 1
Mon Jan  1 00:00:02 UTC 2001 INFO 2
...

클러스터에 설치된 노드-레벨 에이전트는 추가 구성없이 자동으로 해당 로그 스트림을 선택한다. 원한다면, 소스 컨테이너에 따라 로그 라인을 파싱(parse)하도록 에이전트를 구성할 수 있다.

참고로, CPU 및 메모리 사용량이 낮음에도 불구하고(cpu에 대한 몇 밀리코어의 요구와 메모리에 대한 몇 메가바이트의 요구), 로그를 파일에 기록한 다음 stdout 으로 스트리밍하면 디스크 사용량은 두 배가 될 수 있다. 단일 파일에 쓰는 애플리케이션이 있는 경우, 일반적으로 스트리밍 사이드카 컨테이너 방식을 구현하는 대신 /dev/stdout 을 대상으로 설정하는 것을 추천한다.

사이드카 컨테이너를 사용하여 애플리케이션 자체에서 로테이션할 수 없는 로그 파일을 로테이션할 수도 있다. 이 방법의 예시는 정기적으로 logrotate 를 실행하는 작은 컨테이너를 두는 것이다. 그러나, stdout 및 stderr 을 직접 사용하고 로테이션과 유지 정책을 kubelet에 두는 것이 권장된다.

로깅 에이전트가 있는 사이드카 컨테이너

노드-레벨 로깅 에이전트가 상황에 맞게 충분히 유연하지 않은 경우, 애플리케이션과 함께 실행하도록 특별히 구성된 별도의 로깅 에이전트를 사용하여 사이드카 컨테이너를 생성할 수 있다.

여기에 로깅 에이전트가 포함된 사이드카 컨테이너를 구현하는 데 사용할 수 있는 두 가지 구성 파일이 있다. 첫 번째 파일에는 fluentd를 구성하기 위한 ConfigMap이 포함되어 있다.

admin/logging/fluentd-sidecar-config.yaml

apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
  name: fluentd-config
data:
  fluentd.conf: |
    <source>
      type tail
      format none
      path /var/log/1.log
      pos_file /var/log/1.log.pos
      tag count.format1
    </source>

    <source>
      type tail
      format none
      path /var/log/2.log
      pos_file /var/log/2.log.pos
      tag count.format2
    </source>

    <match **>
      type google_cloud
    </match>    

두 번째 파일은 fluentd가 실행되는 사이드카 컨테이너가 있는 파드를 설명한다. 파드는 fluentd가 구성 데이터를 가져올 수 있는 볼륨을 마운트한다.

admin/logging/two-files-counter-pod-agent-sidecar.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: counter
spec:
  containers:
  - name: count
    image: busybox:1.28
    args:
    - /bin/sh
    - -c
    - >
      i=0;
      while true;
      do
        echo "$i: $(date)" >> /var/log/1.log;
        echo "$(date) INFO $i" >> /var/log/2.log;
        i=$((i+1));
        sleep 1;
      done      
    volumeMounts:
    - name: varlog
      mountPath: /var/log
  - name: count-agent
    image: registry.k8s.io/fluentd-gcp:1.30
    env:
    - name: FLUENTD_ARGS
      value: -c /etc/fluentd-config/fluentd.conf
    volumeMounts:
    - name: varlog
      mountPath: /var/log
    - name: config-volume
      mountPath: /etc/fluentd-config
  volumes:
  - name: varlog
    emptyDir: {}
  - name: config-volume
    configMap:
      name: fluentd-config

이 예시 구성에서, 사용자는 애플리케이션 컨테이너 내의 모든 소스을 읽는 fluentd를 다른 로깅 에이전트로 대체할 수 있다.

애플리케이션에서 직접 로그 노출

애플리케이션에서 직접 로그를 노출하거나 푸시하는 클러스터-로깅은 쿠버네티스의 범위를 벗어난다.