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KubeSolo는 IoT, IIoT(Industrial IoT), 임베디드 시스템과 같은 극도로 제한된 환경에서 실제 워크로드를 실행할 수 있도록 설계된 초경량 단일 노드 Kubernetes 배포판입니다. 기존의 복잡한 Kubernetes 클러스터링 기능을 제거하고, 단일 노드에서 필요한 핵심 기능만을 제공합니다.
핵심 설계 철학
- 단순성: 클러스터링 없음, etcd 없음 - 오직 필요한 것만
- 경량성: 메모리와 스토리지 사용량 최소화
- 독립성: 오프라인 환경에서도 완벽하게 작동
- 호환성: OCI(Open Container Initiative) 표준 준수
현대 인프라 계층에서의 KubeSolo의 위치
현대 분산 인프라는 크게 세 계층으로 구분됩니다.
클라우드 (데이터센터)
- 규모: 수천 개의 노드
- 예시: Amazon EKS, Google Kubernetes Engine, VMware Tanzu
- 목적: 대규모 중앙 집중형 컴퓨팅과 스토리지
포그 (분산 노드)
- 규모: 수백만 개의 노드
- 예시: K3s, MicroK8s, K0s
- 목적: 엣지에 가까운 분산 컴퓨팅, 지연 시간에 민감한 워크로드
엣지 (디바이스)
- 규모: 수십억 개의 디바이스
- 예시: KubeSolo
- 목적: IoT 게이트웨이, 산업용 컨트롤러, 스마트 디바이스를 위한 초경량 Kubernetes
KubeSolo의 주요 특징
1. 단일 바이너리 아키텍처
# 하나의 바이너리로 모든 것을 해결
./kubesolo
- 모든 필수 컴포넌트가 단일 실행 파일에 포함
- 복잡한 의존성 관리 불필요
- 배포와 업데이트가 매우 간단
2. 포함된 기술 스택
- 컨테이너 런타임: containerd & runc
- DNS 해석: CoreDNS
- 데이터 저장소: Kine (SQLite 기반)
- 네트워킹: CNI 플러그인
3. 경량화 전략
메모리 최적화
- 여러 컴포넌트를 단일 프로세스에서 실행
- SQLite 사용으로 etcd 대비 메모리 절약
- 단일 노드에 최적화된 리소스 제한
스케줄러 대체
- 기존 Kubernetes 스케줄러를 NodeSetter 웹훅으로 대체
- 단일 노드 환경에 불필요한 스케줄링 오버헤드 제거
설치 및 구성
1. 빠른 설치
# 기본 설치
curl -sfL https://get.kubesolo.io | sudo sh -
2. 환경 변수를 통한 커스텀 설치
# Portainer Edge 연동 설치
curl -sfL https://get.kubesolo.io | \
KUBESOLO_PORTAINER_EDGE_ID=your-edge-id \
KUBESOLO_PORTAINER_EDGE_KEY=your-edge-key \
KUBESOLO_PATH=/custom/path \
sudo -E sh
3. 주요 설정 플래그
플래그 | 환경 변수 | 설명 |
---|---|---|
--path |
KUBESOLO_PATH |
설정 파일 경로 (기본: /var/lib/kubesolo) |
--apiserver-extra-sans |
KUBESOLO_APISERVER_EXTRA_SANS |
API 서버 인증서 추가 SAN |
--portainer-edge-id |
KUBESOLO_PORTAINER_EDGE_ID |
Portainer Edge ID |
--local-storage |
KUBESOLO_LOCAL_STORAGE |
로컬 스토리지 활성화 (기본: true) |
--debug |
KUBESOLO_DEBUG |
디버그 로깅 활성화 |
IoT 환경에서의 활용 방안
1. 스마트 팩토리 엣지 게이트웨이
시나리오
공장 현장의 각종 센서와 PLC(Programmable Logic Controller)에서 수집된 데이터를 실시간으로 처리하고 필터링하는 엣지 게이트웨이 구축
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구현 예시
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: factory-data-processor
spec:
replicas: 1
selector:
matchLabels:
app: data-processor
template:
metadata:
labels:
app: data-processor
spec:
containers:
- name: mqtt-broker
image: eclipse-mosquitto:2.0
ports:
- containerPort: 1883
- name: data-processor
image: mycompany/edge-processor:1.0
env:
- name: MQTT_BROKER
value: "localhost:1883"
- name: PROCESSING_INTERVAL
value: "100ms"
resources:
requests:
memory: "64Mi"
cpu: "250m"
limits:
memory: "128Mi"
cpu: "500m"
- name: local-cache
image: redis:alpine
command: ["redis-server", "--maxmemory", "32mb", "--maxmemory-policy", "allkeys-lru"]
2. 농업 IoT 모니터링 시스템
활용 사례
- 토양 습도, 온도, pH 센서 데이터 수집
- 실시간 이상 감지 및 알림
- 로컬 데이터 캐싱 (네트워크 단절 대비)
apiVersion: v1
kind: ConfigMap
metadata:
name: agriculture-config
data:
sensor-config.yaml: |
sensors:
- type: soil_moisture
pin: GPIO_17
interval: 60s
- type: temperature
pin: GPIO_22
interval: 30s
- type: ph_sensor
pin: GPIO_27
interval: 120s
alerts:
moisture_low: 20
moisture_high: 80
temp_low: 15
temp_high: 35
---
apiVersion: batch/v1
kind: CronJob
metadata:
name: sensor-data-collector
spec:
schedule: "*/5 * * * *"
jobTemplate:
spec:
template:
spec:
containers:
- name: collector
image: mycompany/agri-sensor:1.0
volumeMounts:
- name: config
mountPath: /etc/sensor
- name: data
mountPath: /var/lib/sensor-data
volumes:
- name: config
configMap:
name: agriculture-config
- name: data
hostPath:
path: /var/kubesolo/sensor-data
restartPolicy: OnFailure
3. 스마트 홈 허브
구성 요소
- 홈 어시스턴트 코어
- 로컬 음성 인식
- 디바이스 브릿지 (Zigbee, Z-Wave)
- 로컬 자동화 엔진
# KubeSolo 설치 및 스마트 홈 스택 배포
curl -sfL https://get.kubesolo.io | \
KUBESOLO_LOCAL_STORAGE=true \
sudo -E sh
# 홈 어시스턴트 배포
kubectl apply -f - <<EOF
apiVersion: v1
kind: Namespace
metadata:
name: smarthome
---
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
name: home-assistant
namespace: smarthome
spec:
selector:
matchLabels:
app: home-assistant
template:
metadata:
labels:
app: home-assistant
spec:
containers:
- name: home-assistant
image: homeassistant/home-assistant:stable
ports:
- containerPort: 8123
volumeMounts:
- name: config
mountPath: /config
- name: usb
mountPath: /dev/ttyUSB0
securityContext:
privileged: true
volumes:
- name: config
hostPath:
path: /var/kubesolo/homeassistant
- name: usb
hostPath:
path: /dev/ttyUSB0
EOF
4. 차량용 엣지 컴퓨팅
적용 분야
- ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) 데이터 전처리
- 텔레매틱스 데이터 수집 및 필터링
- 인포테인먼트 시스템 관리
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: vehicle-edge-processor
spec:
selector:
matchLabels:
app: vehicle-processor
template:
metadata:
labels:
app: vehicle-processor
spec:
containers:
- name: can-bus-reader
image: mycompany/canbus-reader:1.0
securityContext:
privileged: true
volumeMounts:
- name: can-device
mountPath: /dev/can0
- name: gps-tracker
image: mycompany/gps-service:1.0
env:
- name: UPDATE_INTERVAL
value: "1s"
- name: data-aggregator
image: mycompany/vehicle-aggregator:1.0
resources:
requests:
memory: "128Mi"
limits:
memory: "256Mi"
volumes:
- name: can-device
hostPath:
path: /dev/can0
고급 설정 및 최적화
1. 메모리 제약 환경 (< 512MB RAM)
# 외부 kubectl 설치 및 원격 관리
# 개발 머신에서
export KUBECONFIG=/path/to/admin.kubeconfig
kubectl get nodes
# KubeSolo 메모리 최적화 설정
cat > /etc/kubesolo/config.yaml <<EOF
server:
memory-limit: 256Mi
disable-components:
- metrics-server
- dashboard
storage:
compact-interval: 1h
cache-size: 16MB
EOF
2. 읽기 전용 파일시스템 지원
# 읽기 전용 루트 파일시스템용 설정
KUBESOLO_PATH=/data/kubesolo \
KUBESOLO_LOCAL_STORAGE=false \
./kubesolo --debug
3. 에어갭(Air-gapped) 환경
# 필요한 이미지 사전 다운로드
docker save -o kubesolo-images.tar \
eclipse-mosquitto:2.0 \
redis:alpine \
nginx:alpine
# 타겟 디바이스에서
docker load -i kubesolo-images.tar
모니터링 및 관리
1. Portainer Edge Agent 통합
# Portainer Edge 에이전트 자동 설정
KUBESOLO_PORTAINER_EDGE_ID=xxx \
KUBESOLO_PORTAINER_EDGE_KEY=yyy \
KUBESOLO_PORTAINER_EDGE_ASYNC=true \
kubesolo
2. 리소스 모니터링
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
name: node-exporter
spec:
ports:
- port: 9100
selector:
app: node-exporter
---
apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
name: node-exporter
spec:
selector:
matchLabels:
app: node-exporter
template:
metadata:
labels:
app: node-exporter
spec:
hostNetwork: true
containers:
- name: node-exporter
image: prom/node-exporter:latest
args:
- --path.procfs=/host/proc
- --path.sysfs=/host/sys
- --path.rootfs=/host/root
resources:
requests:
memory: "30Mi"
cpu: "100m"
베스트 프랙티스 (Best Practice)
1. 보안 강화
- 최소 권한 원칙 적용
- 네트워크 정책 활성화
- 정기적인 업데이트
2. 안정성 확보
- 호스트 경로 볼륨 사용으로 데이터 영속성 보장
- 리소스 제한 명확히 설정
- 헬스체크 구현
3. 성능 최적화
- 불필요한 로깅 비활성화
- 이미지 크기 최소화
- 로컬 이미지 레지스트리 활용
문제 해결
1. 일반적인 문제들
# 서비스 상태 확인
systemctl status kubesolo
# 로그 확인
journalctl -u kubesolo -f
# 디버그 모드 실행
KUBESOLO_DEBUG=true kubesolo
# 프로파일링 활성화
KUBESOLO_PPROF_SERVER=true kubesolo
2. 메모리 부족 문제
# swap 활성화 (권장하지 않지만 필요시)
sudo fallocate -l 1G /swapfile
sudo chmod 600 /swapfile
sudo mkswap /swapfile
sudo swapon /swapfile
KubeSolo는 IoT와 엣지 컴퓨팅 환경에서 Kubernetes의 강력함을 최소한의 리소스로 제공하는 혁신적인 솔루션입니다. 단일 바이너리 배포, 오프라인 지원, 초경량 설계를 통해 기존에는 불가능했던 환경에서도 컨테이너 오케스트레이션의 이점을 누릴 수 있게 해줍니다. 특히 산업 현장의 엣지 디바이스, 농업 IoT, 스마트 홈, 차량용 시스템 등 다양한 분야에서 즉시 활용 가능하며, Portainer와의 통합으로 중앙 집중식 관리도 가능합니다.
KubeSolo를 통해 진정한 의미의 "어디서나 Kubernetes" 시대가 열리고 있습니다.
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