05_01 쿠버네티스 볼륨 기초 실습 가이드

📚 실습 개요

이 실습에서는 쿠버네티스의 기본 볼륨 타입인 emptyDir과 hostPath를 직접 사용해보면서 볼륨의 기본 개념과 활용 패턴을 학습합니다.

기본실습 : https://github.com/sysnet4admin/_Lecture_k8s_learning.kit/tree/main/ch5 추가실습 : 본문 코드 참조.

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🎯 학습 목표

1. emptyDir 볼륨의 특성과 사용 사례 이해
2. hostPath 볼륨의 장단점과 주의사항 파악
3. Deployment와 DaemonSet에서의 볼륨 활용 차이점 학습
4. 실제 로그 수집 시나리오 구현

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📋 사전 준비

필요 환경

• Kubernetes 클러스터 (minikube, k3s, 또는 관리형 클러스터)
• kubectl CLI 도구
• 기본적인 YAML 문법 지식

디렉터리 구조 확인

# 실습용 디렉터리 생성
mkdir -p ~/k8s-volume-lab
cd ~/k8s-volume-lab

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🔧 실습 1: emptyDir 볼륨 기본 사용법

1-1. 기본 emptyDir 실습

pod-emptydir-basic.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: emptydir-basic-pod
  labels:
    app: emptydir-test
spec:
  containers:
  - name: writer
    image: busybox:1.35
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "while true; do echo 'Hello from writer' >> /shared/data.txt; date >> /shared/data.txt; sleep 5; done"]
    volumeMounts:
    - name: shared-storage
      mountPath: /shared
  - name: reader
    image: busybox:1.35
    command: ["/bin/sh"]  
    args: ["-c", "while true; do echo '=== Reading shared data ==='; cat /shared/data.txt 2>/dev/null || echo 'No data yet'; echo; sleep 10; done"]
    volumeMounts:
    - name: shared-storage
      mountPath: /shared
  volumes:
  - name: shared-storage
    emptyDir: {}  # 기본 emptyDir

실행 및 확인

# Pod 생성
kubectl apply -f pod-emptydir-basic.yaml
 
# Pod 상태 확인
kubectl get pods -w
 
# writer 컨테이너 로그 확인
kubectl logs emptydir-basic-pod -c writer
 
# reader 컨테이너 로그 확인  
kubectl logs emptydir-basic-pod -c reader
 
# 볼륨 내용 직접 확인
kubectl exec emptydir-basic-pod -c reader -- cat /shared/data.txt

1-2. 메모리 기반 emptyDir 실습

pod-emptydir-memory.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: emptydir-memory-pod
spec:
  containers:
  - name: cache-app
    image: nginx:1.21-alpine
    volumeMounts:
    - name: memory-cache
      mountPath: /var/cache/nginx
    - name: disk-storage  
      mountPath: /usr/share/nginx/html
    ports:
    - containerPort: 80
  volumes:
  - name: memory-cache
    emptyDir:
      medium: Memory  # 메모리 기반
      sizeLimit: 100Mi
  - name: disk-storage
    emptyDir:
      sizeLimit: 1Gi  # 디스크 기반, 크기 제한

실행 및 성능 테스트

# Pod 생성
kubectl apply -f pod-emptydir-memory.yaml
 
# Pod IP 확인
kubectl get pod emptydir-memory-pod -o wide
 
# 메모리 마운트 확인
kubectl exec emptydir-memory-pod -- df -h
 
# 메모리 볼륨 위치 확인
kubectl exec emptydir-memory-pod -- mount | grep memory-cache

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🏠 실습 2: hostPath 볼륨 활용

2-1. Deployment에서 hostPath 사용

deploy-hostpath.yaml (실습 PDF 기반)

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: deploy-hostpath
  labels:
    app: deploy-hostpath
spec:
  replicas: 3
  selector:
    matchLabels:
      app: deploy-hostpath
  template:
    metadata:
      labels:
        app: deploy-hostpath
    spec:
      containers:
      - name: host-mon
        image: sysnet4admin/sleepy:2.0
        volumeMounts:
        - mountPath: /host-log
          name: hostpath-directory
      volumes:
      - name: hostpath-directory
        hostPath:
          path: /var/log

2-2. DaemonSet에서 hostPath 사용

ds-hostpath.yaml (실습 PDF 기반)

apiVersion: apps/v1
kind: DaemonSet
metadata:
  name: ds-hostpath
  labels:
    app: ds-hostpath
spec:
  selector:
    matchLabels:
      app: ds-hostpath
  template:
    metadata:
      labels:
        app: ds-hostpath
    spec:
      containers:
      - name: host-mon
        image: sysnet4admin/sleepy:2.0
        volumeMounts:
        - mountPath: /host-log
          name: hostpath-directory
      volumes:
      - name: hostpath-directory
        hostPath:
          path: /var/log

실행 및 비교 분석

# 두 리소스 모두 배포
kubectl apply -f deploy-hostpath.yaml
kubectl apply -f ds-hostpath.yaml
 
# Pod 분산 확인
kubectl get pods -o wide -l app=deploy-hostpath
kubectl get pods -o wide -l app=ds-hostpath
 
# 각 Pod에서 호스트 로그 확인
kubectl exec deploy-hostpath-xxx -- ls -la /host-log
kubectl exec ds-hostpath-xxx -- ls -la /host-log

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🔍 실습 3: 실제 로그 수집 시나리오

3-1. Nginx 로그 수집 구현

nginx-logging-pod.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod  
metadata:
  name: nginx-with-logging
spec:
  containers:
  # 메인 애플리케이션
  - name: nginx
    image: nginx:1.21
    ports:
    - containerPort: 80
    volumeMounts:
    - name: nginx-logs
      mountPath: /var/log/nginx
    # 커스텀 nginx 설정으로 로그 활성화
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "nginx && tail -f /var/log/nginx/access.log"]
    
  # 로그 수집 사이드카
  - name: log-collector
    image: busybox:1.35
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "while true; do echo '=== Nginx Access Logs ==='; tail -n 5 /logs/access.log 2>/dev/null || echo 'No logs yet'; echo; sleep 30; done"]
    volumeMounts:
    - name: nginx-logs
      mountPath: /logs
      
  volumes:
  - name: nginx-logs
    emptyDir: {}

3-2. 로그 rotation 시뮬레이션

log-rotation-demo.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: log-rotation-demo
spec:
  containers:
  - name: app
    image: busybox:1.35
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "
      counter=0;
      while true; do 
        echo \"Log entry $counter at $(date)\" >> /logs/app.log;
        counter=$((counter + 1));
        if [ $((counter % 100)) -eq 0 ]; then
          echo \"Rotating log at $counter entries\";
          mv /logs/app.log /logs/app.log.old;
          echo \"New log file started\" >> /logs/app.log;
        fi;
        sleep 1;
      done"]
    volumeMounts:
    - name: app-logs
      mountPath: /logs
      
  - name: log-monitor
    image: busybox:1.35  
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "while true; do echo '=== Current log ==='; tail -n 3 /logs/app.log 2>/dev/null; echo '=== Old log ==='; tail -n 3 /logs/app.log.old 2>/dev/null; echo; sleep 10; done"]
    volumeMounts:
    - name: app-logs
      mountPath: /logs
      
  volumes:
  - name: app-logs
    emptyDir:
      sizeLimit: 50Mi

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📊 실습 4: 성능 및 제한사항 테스트

4-1. 볼륨 크기 제한 테스트

volume-limit-test.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: volume-limit-test
spec:
  containers:
  - name: space-filler
    image: busybox:1.35
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "
      echo 'Testing volume size limit...';
      for i in $(seq 1 10); do
        echo \"Creating 10MB file $i\";
        dd if=/dev/zero of=/data/file$i bs=1M count=10 2>/dev/null || echo \"Failed at file $i\";
        df -h /data;
        sleep 2;
      done;
      echo 'Keeping container alive...';
      tail -f /dev/null"]
    volumeMounts:
    - name: limited-storage
      mountPath: /data
  volumes:
  - name: limited-storage
    emptyDir:
      sizeLimit: 50Mi  # 50MB 제한

4-2. hostPath 타입별 동작 테스트

hostpath-types-test.yaml

apiVersion: v1
kind: Pod
metadata:
  name: hostpath-types-test
spec:
  containers:
  - name: tester
    image: busybox:1.35
    command: ["/bin/sh"]
    args: ["-c", "
      echo 'Testing hostPath types...';
      echo 'Directory contents:'; ls -la /host-dir/ || echo 'Directory access failed';
      echo 'File contents:'; cat /host-file/hostname || echo 'File access failed';
      echo 'Creating test file:'; echo 'test data' > /host-dir/test.txt || echo 'Write failed';
      tail -f /dev/null"]
    volumeMounts:
    - name: host-directory
      mountPath: /host-dir
    - name: host-file
      mountPath: /host-file
  volumes:
  - name: host-directory
    hostPath:
      path: /tmp
      type: Directory
  - name: host-file  
    hostPath:
      path: /etc
      type: Directory

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🔧 실습 5: 문제 상황 시뮬레이션

5-1. Pod 재시작 시 데이터 손실 확인

# 1. emptyDir Pod에 데이터 생성
kubectl exec emptydir-basic-pod -c writer -- echo "Important data" > /shared/important.txt
 
# 2. 데이터 확인
kubectl exec emptydir-basic-pod -c reader -- cat /shared/important.txt
 
# 3. Pod 삭제 및 재생성
kubectl delete pod emptydir-basic-pod
kubectl apply -f pod-emptydir-basic.yaml
 
# 4. 데이터 손실 확인
kubectl exec emptydir-basic-pod -c reader -- cat /shared/important.txt
# 결과: 파일이 존재하지 않음 (데이터 손실)

5-2. hostPath의 노드 종속성 확인

# 1. hostPath Pod에서 데이터 생성  
kubectl exec ds-hostpath-xxx -- echo "Node-specific data" > /host-log/nodedata.txt
 
# 2. 해당 노드에서 직접 확인
# (노드에 SSH 접근 가능한 경우)
cat /var/log/nodedata.txt
 
# 3. Pod를 다른 노드로 강제 이동
kubectl delete pod ds-hostpath-xxx
# DaemonSet이므로 다른 노드에 재생성됨
 
# 4. 새로운 노드에서 데이터 확인
kubectl exec ds-hostpath-yyy -- cat /host-log/nodedata.txt
# 결과: 파일이 존재하지 않음 (다른 노드이므로)

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📈 결과 분석 및 비교

emptyDir vs hostPath 비교표

특성	emptyDir	hostPath
데이터 생존	Pod 생명주기와 동일	노드 재부팅까지 유지
공유 범위	같은 Pod 내 컨테이너간	같은 노드의 모든 Pod
성능	높음 (로컬 스토리지)	높음 (로컬 스토리지)
보안	Pod 격리됨	호스트 노출 위험
이식성	높음	낮음 (노드 종속)
사용 사례	임시 공유, 캐시	로그 수집, 시스템 모니터링

활용 패턴별 권장사항

✅ emptyDir 권장 상황

• 사이드카 패턴: 로그 수집, 프록시
• 초기화 컨테이너: 설정 파일 준비
• 임시 작업 공간: 빌드, 압축 해제
• 고성능 캐시: 메모리 기반 캐시

✅ hostPath 권장 상황

• 로그 수집: DaemonSet으로 노드별 로그 수집
• 시스템 모니터링: 노드 리소스 모니터링
• 개발/디버깅: 호스트 파일 직접 접근
• 레거시 통합: 기존 호스트 애플리케이션 연동

❌ 피해야 할 상황

• 데이터베이스: 영구 데이터는 PV/PVC 사용
• 프로덕션 데이터: hostPath는 보안 위험
• 다중 노드 공유: NFS 등 네트워크 스토리지 필요

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🧹 실습 정리

리소스 정리

# 모든 실습 Pod 삭제
kubectl delete pod emptydir-basic-pod emptydir-memory-pod nginx-with-logging log-rotation-demo volume-limit-test hostpath-types-test
 
# Deployment와 DaemonSet 삭제  
kubectl delete deployment deploy-hostpath
kubectl delete daemonset ds-hostpath
 
# 확인
kubectl get pods

학습한 명령어 정리

# 볼륨 관련 확인 명령어
kubectl describe pod <pod-name>          # 볼륨 마운트 정보 확인
kubectl exec <pod> -- df -h              # 마운트된 볼륨 크기 확인  
kubectl exec <pod> -- mount | grep <볼륨>  # 마운트 포인트 확인
kubectl logs <pod> -c <container>        # 특정 컨테이너 로그 확인

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🎓 핵심 학습 포인트

1. 볼륨의 기본 개념

• emptyDir: Pod 내 컨테이너간 데이터 공유
• hostPath: 호스트 노드의 파일시스템 접근
• 생명주기: 볼륨 타입에 따른 데이터 지속성 차이

2. 실무 적용 가이드라인

• 보안: hostPath 사용 시 보안 정책 수립 필요
• 이식성: 환경 독립적인 애플리케이션을 위해 hostPath 최소화
• 성능: 용도에 맞는 볼륨 타입 및 옵션 선택

3. 다음 단계 준비

• PV/PVC: 영구 볼륨과 볼륨 클레임 학습 준비
• StorageClass: 동적 프로비저닝 이해 필요
• StatefulSet: 상태 유지 애플리케이션 패턴 학습

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📚 추가 참고 자료

공식 문서

• Kubernetes Volumes
• emptyDir
• hostPath

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실습 완료일: 2025-11-17
난이도: 초급 → 중급
소요 시간: 약 30분