GitOps and IaC

GitOps and IaC

GitOps 와 IaC(Infrastructure as Code) 는 현대 DevOps 환경에서 인프라스트럭처 관리를 자동화하고 코드화하는 핵심 방법론이다.
GitOps 는 Git 을 단일 진실의 소스 (Single Source of Truth) 로 활용하여 애플리케이션과 인프라의 배포를 자동화하는 접근 방식이다. IaC 는 인프라를 코드로 정의하여 자동화된 프로비저닝과 관리를 가능하게 한다. 이 두 가지 개념은 클라우드 네이티브 환경에서 자동화된 배포 파이프라인, 선언적 인프라 정의, 버전 관리 및 감사 기능을 통해 인프라와 애플리케이션 관리를 혁신하고 있다. 이 두 방법론을 결합하여 조직은 인프라스트럭처 프로비저닝, 애플리케이션 배포, 구성 관리를 자동화하고 일관성 있게 유지하며, 변경 사항을 추적하고 필요시 롤백할 수 있다.
ArgoCD 와 FluxCD 는 Kubernetes 환경에서 GitOps 를 구현하는 주요 도구이며, Terraform 은 다양한 클라우드 환경에서 IaC 를 구현하는 데 사용된다.

기본 개념

GitOps는 Git 을 중심으로 한 운영 모델로, 인프라와 애플리케이션 배포를 관리하는 방식이다. Git 리포지토리가 시스템의 원하는 상태를 정의하는 ’ 단일 진실 소스 (Single Source of Truth)’ 가 되며, 실제 환경과 원하는 상태 간의 차이를 자동으로 감지하고 조정하는 것이 핵심이다. IaC(Infrastructure as Code) 는 인프라스트럭처를 코드로 정의하고 관리하는 방식으로, 서버, 네트워크, 스토리지 등의 인프라 리소스를 수동 설정 대신 코드를 통해 자동화하는 방법이다. 이를 통해 인프라 구성의 버전 관리, 재현성, 자동화가 가능해진다.

주요 개념:

• 선언적 접근 방식: 시스템의 원하는 상태를 선언하고, 도구가 현재 상태와 원하는 상태 간의 차이를 해결한다.
• Git 을 단일 진실 공급원으로 활용: 모든 구성이 Git 리포지토리에 저장된다.
• 자동화된 조정 (Reconciliation): 시스템이 현재 상태와 원하는 상태를 지속적으로 비교하고 조정한다.
• 인프라의 버전 관리: 인프라 변경 사항을 코드와 동일하게 관리한다.

필요성

현대 소프트웨어 개발 환경에서 GitOps 와 IaC 가 필요한 이유:

• 클라우드 인프라의 복잡성 증가
• 마이크로서비스 아키텍처와 컨테이너 기술의 확산
• 지속적 통합 및 배포 (CI/CD) 프로세스의 자동화 요구
• 멀티클라우드 및 하이브리드 클라우드 환경의 증가
• 규제 및 보안 요구 사항의 강화
• 운영 효율성과 확장성 개선 필요
• 인프라 변경으로 인한 오류 및 다운타임 감소 필요

목적

GitOps 와 IaC 의 주요 목적:

• 인프라 프로비저닝 및 구성의 자동화
• 일관되고 반복 가능한 배포 보장
• 변경 사항의 투명한 추적과 감사 가능성 제공
• 협업 및 리뷰 프로세스 개선
• 롤백 및 재해 복구 기능 강화
• 개발 및 운영 팀 간의 협업 향상
• 구성 드리프트 방지

주요 기능

GitOps 와 IaC 의 주요 기능:

• 인프라 및 애플리케이션 구성의 버전 관리
• 선언적 방식으로 인프라 정의
• 변경 사항 자동 감지 및 적용
• 구성 드리프트 감지 및 해결
• Pull 기반 배포 자동화
• 변경 사항에 대한 승인 워크플로우
• 인프라스트럭처 상태의 감사 및 모니터링
• 롤백 및 재해 복구 지원

역할

핵심 원칙

GitOps 핵심 원칙

1. 선언적 시스템 정의: 시스템의 원하는 상태를 선언적으로 정의한다.
2. 버전 제어된 단일 진실 소스: Git 저장소가 시스템 상태의 단일 진실 소스가 된다.
3. 자동화된 변경 적용: 변경 사항이 감지되면 자동으로 적용된다.
4. 지속적인 조정: 원하는 상태와 실제 상태 간의 차이를 지속적으로 모니터링하고 조정한다.
5. 변경 사항에 대한 감사 및 가시성: 모든 변경 사항은 추적되고 기록된다.

IaC 핵심 원칙

1. 코드로서의 인프라: 인프라를 코드로 정의하고 관리한다.
2. 선언적 구성: 원하는 최종 상태를 정의한다.
3. 버전 관리: 인프라 코드를 버전 관리 시스템에 저장한다.
4. 자동화: 인프라 프로비저닝 및 관리를 자동화한다.
5. 테스트 가능성: 인프라 코드에 대한 테스트를 실행할 수 있다.
6. 멱등성: 동일한 코드를 여러 번 실행해도 동일한 결과를 보장한다.

주요 원리

GitOps 주요 원리

GitOps 는 다음과 같은 주요 원리를 기반으로 작동한다:

1. 선언적 접근 방식: 시스템의 원하는 상태를 선언하고 자동화 도구가 그 상태를 달성
2. 버전 제어 및 불변성: 모든 변경은 Git 커밋을 통해 이루어지며, 각 버전은 불변
3. 자동화된 배포: 변경 사항이 자동으로 감지되고 적용됨
4. 지속적인 조정: 시스템이 지속적으로 실제 상태와 원하는 상태를 비교하고 차이 해결

IaC 주요 원리

IaC 는 다음과 같은 주요 원리를 기반으로 작동한다:

1. 선언적 또는 명령형 코드: 인프라가 어떤 상태가 되어야 하는지 (선언적) 또는 어떻게 변경해야 하는지 (명령형) 정의
2. 변경 불가능한 인프라: 수정 대신 새로운 인프라 생성 및 교체
3. 멱등성: 동일한 코드를 여러 번 실행해도 동일한 결과 보장
4. 모듈화: 재사용 가능한 인프라 구성 요소 생성

작동 원리

GitOps 작동 원리

GitOps 워크플로우는 다음과 같은 단계로 작동한다:

1. 변경 사항 제안: 개발자가 Git 리포지토리에 인프라 코드 변경 사항을 커밋
2. 리뷰 및 승인: PR/MR 프로세스를 통한 변경 사항 검토
3. 머지 및 트리거: 변경 사항이 머지되면 배포 프로세스 트리거
4. 상태 감지: GitOps 에이전트 (예: ArgoCD, FluxCD) 가 Git 과 실제 상태의 차이 감지
5. 상태 조정: 에이전트가 실제 인프라를 Git 에 정의된 상태로 조정

IaC 작동 원리

IaC 워크플로우는 다음과 같은 단계로 작동한다:

1. 인프라 코드 작성: 개발자가 선언적 언어 (Terraform, CloudFormation 등) 로 인프라 정의
2. 코드 검증: 정적 분석 및 테스트를 통한 코드 검증
3. 계획 생성: 실행 전 변경 사항의 계획 생성 및 검토
4. 적용 및 프로비저닝: 코드를 실행하여 인프라 프로비저닝
5. 상태 관리: 인프라 현재 상태 추적 및 저장

graph TD
    GitOps[Git 저장소] -->|변경 감지| Operator[GitOps Operator]
    Operator -->|실제 상태 조정| Kubernetes
    IaC[IaC 코드] -->|실행| Provisioner[Terraform/CloudFormation]
    Provisioner -->|인프라 생성| Cloud-Provider

구성 요소 및 아키텍처

GitOps 구성 요소 및 아키텍처

GitOps 아키텍처는 다음과 같은 핵심 구성 요소로 이루어져 있다:

1. Git 리포지토리: 인프라 및 애플리케이션 구성을 저장하는 버전 제어 시스템
   • 역할: 모든 구성의 단일 진실 공급원으로 작동, 변경 이력 관리
   • 기능: 버전 제어, 협업, 코드 리뷰, 브랜치 관리
2. GitOps 오퍼레이터/에이전트: Git 리포지토리의 변경 사항을 감지하고 인프라에 적용
   • 역할: Git 과 실제 인프라 간의 상태 조정
   • 기능: 상태 감지, 드리프트 감지, 자동 복구
   • 예: ArgoCD, FluxCD, Jenkins X
3. CI/CD 파이프라인: 코드 변경 시 테스트 및 검증 자동화
   • 역할: 인프라 코드의 품질 보장
   • 기능: 자동 테스트, 정적 분석, 보안 검사
4. 인프라스트럭처 플랫폼: 실제 인프라가 구현되는 환경
   • 역할: 배포 대상 환경 제공
   • 기능: 컴퓨팅, 네트워킹, 스토리지 리소스 제공
   • 예: Kubernetes, AWS, Azure, GCP
5. 모니터링 및 알림 시스템: 배포 상태 및 오류 모니터링
   • 역할: 배포 성공/실패 추적, 이슈 알림
   • 기능: 로깅, 메트릭 수집, 알림 생성

IaC 구성 요소 및 아키텍처

IaC 아키텍처는 다음과 같은 핵심 구성 요소로 이루어져 있다:

1. 구성 언어: 인프라를 정의하는 코드 작성 언어
   • 역할: 인프라 상태 선언
   • 예: HCL(Terraform), YAML(CloudFormation, Ansible)
2. 프로비저닝 엔진: 코드를 실제 인프라로 변환
   • 역할: API 호출을 통한 인프라 생성/수정/삭제
   • 기능: 계획 생성, 변경 적용, 상태 추적
3. 상태 관리 시스템: 인프라의 현재 상태 추적
   • 역할: 현재 상태와 변경 사항 간의 차이 계산
   • 기능: 상태 저장, 변경 계획, 의존성 관리
4. 모듈 및 라이브러리: 재사용 가능한 인프라 구성 요소
   • 역할: 공통 패턴 추상화 및 재사용성 제공
   • 기능: 코드 재사용, 표준화, 모범 사례 적용

장점과 단점

분류에 따른 종류 및 유형

실무 적용 예시

실무 적용 사례

GitOps 워크플로우 설계

효과적인 GitOps 워크플로우를 설계하려면 개발, 테스트, 운영 환경을 아우르는 통합된 접근 방식이 필요하다.

GitOps 워크플로우 구성 요소:

1. 리포지토리 구조 설계:
   • 단일 리포지토리 vs 다중 리포지토리
   • 환경별 구성 분리 (dev, staging, prod)
   • 애플리케이션 코드와 인프라 코드 분리
2. 환경 관리 전략:
   • 브랜치 기반: 각 환경마다 전용 브랜치
   • 경로 기반: 단일 브랜치, 폴더로 환경 분리
   • 오버레이 기반: 기본 매니페스트 + 환경별 패치
3. 변경 프로모션 흐름:
   • 자동 프로모션: dev → staging → prod
   • 수동 승인 게이트: 중요 환경 전환 시 승인 필요
   • 승격 시나리오: 이미지 태그 업데이트, 구성 변경
4. 검증 및 테스트:
   • PR 단계 검증: 구문 검사, 정책 검증
   • 사전 배포 테스트: 스테이징 환경 테스트
   • 사후 배포 검증: 스모크 테스트, 모니터링
5. 알림 및 피드백 루프:
   • 배포 상태 알림
   • 실패 시 자동 롤백 및 알림
   • 성공 지표 수집 및 분석

GitOps 워크플로우 패턴:

GitOps 개념 및 도구 (ArgoCD, FluxCD)

ArgoCD: ArgoCD 는 Kubernetes 를 위한 선언적, GitOps 지속적 배포 도구. Git 리포지토리에 정의된 애플리케이션 구성과 실제 클러스터 상태를 자동으로 동기화한다.

주요 특징:

• 선언적 애플리케이션 정의 및 자동 동기화
• 웹 UI, CLI, API 를 통한 시각화 및 관리
• SSO 통합 및 RBAC 지원
• 다양한 Kubernetes 매니페스트 형식 지원 (Kustomize, Helm, Jsonnet)
• 멀티클러스터 배포 지원
• 상태 평가 및 롤백 기능

FluxCD: FluxCD 는 CNCF 프로젝트로, GitOps 워크플로우를 Kubernetes 클러스터에 구현하는 도구. Git 을 단일 진실 공급원으로 사용하여 클러스터의 상태를 관리한다.

주요 특징:

• Git 리포지토리 자동 동기화
• 이미지 자동 업데이트 (이미지 정책 기반)
• 멀티테넌시 지원
• 알림 및 이벤트 통합
• 통합 Helm 지원
• 확장 가능한 컨트롤러 아키텍처

ArgoCD 와 FluxCD 의 비교:

Terraform 등 IaC 도구와 Git 통합

Terraform 은 HashiCorp 에서 개발한 오픈 소스 IaC 도구로, 클라우드 인프라 프로비저닝을 위한 선언적 언어를 제공한다. GitOps 워크플로우에 Terraform 을 통합하면 인프라 변경 사항을 코드로 관리하고 자동화할 수 있다.

Terraform 과 Git 통합 방법:

1. 리포지토리 구조:

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   infrastructure/ ├── environments/ │ ├── dev/ │ ├── staging/ │ └── prod/ ├── modules/ │ ├── networking/ │ ├── compute/ │ └── database/ └── .gitignore

2. Terraform 상태 관리:

   • 원격 상태 스토리지 사용 (S3, GCS, Azure Blob)
   • 상태 잠금 메커니즘 구현 (DynamoDB, GCS, Azure)
   • 팀 협업을 위한 상태 공유

3. CI/CD 파이프라인 통합:

   • terraform plan 을 PR 검증 단계에서 실행
   • terraform apply 를 머지 후 자동 실행
   • 계획 출력을 PR 코멘트로 표시

4. 보안 고려사항:

   • 시크릿 관리를 위한 Vault 또는 클라우드 시크릿 관리 서비스 통합
   • SAST 도구로 IaC 보안 검사 자동화
   • 최소 권한 원칙 적용

다른 IaC 도구들과 Git 통합:

ArgoCD Application CRD

ArgoCD Application CRD(Custom Resource Definition) 는 Kubernetes 내에서 애플리케이션의 원하는 상태를 정의하는 리소스이다. 이를 통해 Git 리포지토리의 구성을 Kubernetes 클러스터의 실제 상태와 동기화한다.

Application CRD 구조:

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apiVersion: argoproj.io/v1alpha1
kind: Application
metadata:
  name: myapp
  namespace: argocd
spec:
  project: default
  source:
    repoURL: https://github.com/example/myapp.git
    targetRevision: HEAD
    path: kubernetes/manifests
  destination:
    server: https://kubernetes.default.svc
    namespace: myapp
  syncPolicy:
    automated:
      prune: true
      selfHeal: true
    syncOptions:
      - CreateNamespace=true
  revisionHistoryLimit: 10

주요 필드 설명:

• source: Git 리포지토리 URL, 경로, 분기/태그
• destination: 배포 대상 클러스터 및 네임스페이스
• syncPolicy: 동기화 옵션 (자동/수동, 프루닝, 자가 복구)
• project: 논리적 그룹화 및 RBAC 관리

Application CRD 관리 방법:

1. GitOps 방식으로 Application CRD 관리:
   • Application CRD 자체를 Git 에 저장
   • App-of-Apps 패턴으로 여러 애플리케이션 관리
2. 템플릿화 및 자동화:
   • Helm, Kustomize 로 Application CRD 템플릿화
   • CI/CD 파이프라인에서 자동 생성 및 적용
3. 통합 및 확장:
   • ApplicationSet 으로 멀티클러스터 배포 자동화
   • 외부 시스템과 연동 (CI/CD, 알림 시스템)

Canary 배포 자동화

Canary 배포는 새 버전을 점진적으로 출시하여 위험을 최소화하는 배포 전략이다.
GitOps 와 함께 사용하면 완전히 자동화된 점진적 배포 파이프라인을 구축할 수 있다.

GitOps 기반 Canary 배포 구성 요소:

1. 점진적 트래픽 전환:
   • 새 버전으로 트래픽 점진적 이동
   • 가중치 기반 라우팅 사용
   • 점진적 릴리스를 위한 구성 자동 업데이트
2. 지표 기반 진행/롤백:
   • 핵심 성능 지표 모니터링
   • 오류율, 지연 시간, 사용량 분석
   • 임계값 기반 자동 결정
3. GitOps 와의 통합:
   • Canary 구성을 Git 에 저장
   • 진행 상태를 Git 에 기록
   • 롤백을 Git 리버전으로 처리

Canary 배포 도구 및 GitOps 통합:

Canary 배포 자동화 워크플로우 예시:

1. 개발자가 새 코드를 커밋하고 PR 생성
2. CI 시스템이 새 이미지 빌드 및 테스트
3. PR 머지 시 Git 리포지토리의 이미지 태그 자동 업데이트
4. GitOps 도구가 변경 감지 및 Canary 배포 트리거
5. 트래픽의 5% 를 새 버전으로 라우팅
6. 성능 지표 모니터링 및 분석
7. 지표가 기준을 충족하면 점진적으로 트래픽 비율 증가 (5% → 20% → 50% → 100%)
8. 완료 시 Git 리포지토리에 성공 상태 기록
9. 문제 발생 시 자동 롤백 및 Git 리포지토리 업데이트

sequenceDiagram
    개발자->>Git: feature-branch 푸시
    Git-->>ArgoCD: 웹훅 알림
    ArgoCD->>K8s: 10% 트래픽 배포
    K8s-->>모니터링: 지표 수집
    모니터링-->>ArgoCD: 성공 시 100% 확장

활용 예시: 마이크로서비스 애플리케이션의 GitOps 워크플로우

시나리오: 마이크로서비스 아키텍처 기반 전자상거래 애플리케이션의 배포 및 관리

워크플로우:

1. 인프라 준비:
   • DevOps 팀이 Terraform 코드로 Kubernetes 클러스터 및 네트워크 인프라 정의
   • 코드는 ‘infrastructure’ Git 리포지토리에 저장
   • CI/CD 파이프라인이 코드 변경 시 자동으로 인프라 프로비저닝
2. 애플리케이션 개발:
   • 개발자가 각 마이크로서비스의 코드 변경 및 PR 제출
   • CI 파이프라인이 코드 테스트 및 컨테이너 이미지 빌드
   • 빌드된 이미지는 컨테이너 레지스트리에 푸시
   • 자동화된 이미지 스캐너가 보안 취약점 검사
3. 구성 업데이트:
   • 새 이미지 정보로 ‘apps’ Git 리포지토리의 Kubernetes 매니페스트 업데이트
   • Kustomize 또는 Helm 을 사용하여 환경별 구성 관리
   • 변경 사항에 대한 PR 제출 및 검토
4. 자동화된 배포:
   • ArgoCD 가 ‘apps’ 리포지토리의 변경 감지
   • 원하는 상태 (Git) 와 실제 상태 (클러스터) 비교
   • 필요한 변경 사항 자동 적용
   • 배포 상태 및 진행 상황 대시보드에 표시
5. 모니터링 및 피드백:
   • 배포 후 모니터링 시스템이 애플리케이션 성능 및 오류 추적
   • 이상 감지 시 알림 생성
   • 필요한 경우 롤백 자동 트리거
6. 지속적인 개선:
   • 성능 메트릭 및 사용자 피드백 수집
   • 최적화를 위한 새로운 변경 사항 제안
   • 전체 프로세스 반복

실무에서의 고려사항

실무에서 효과적으로 적용하기 위한 고려사항 및 주의할 점

최적화하기 위한 고려사항 및 주의할 점

GitOps 와 IaC 성능 최적화를 위한 주요 고려사항:

1. 리포지토리 최적화:
   • 대규모 모노레포의 경우 Git 성능 최적화 기법 적용
   • Git LFS(Large File Storage) 활용하여 대용량 파일 관리
   • 히스토리 용량 관리를 위한 주기적인 리포지토리 정리
2. GitOps 에이전트 튜닝:
   • 적절한 조정 간격 설정으로 불필요한 작업 감소
   • 리소스 요청 및 제한 적절히 구성
   • 클러스터 크기에 따른 에이전트 복제본 수 조정
3. IaC 성능 최적화:
   • Terraform 모듈 구조 최적화 및 상태 파일 관리
   • 병렬 프로비저닝 활용으로 대규모 배포 가속화
   • 종속성 그래프 최적화로 불필요한 계획 단계 감소
4. 캐싱 및 증분 처리:
   • CI/CD 파이프라인에서 캐싱 활용
   • 증분 배포 지원으로 변경된 부분만 업데이트
   • 컨테이너 이미지 레이어 캐싱 활용
5. 모니터링 및 성능 측정:
   • GitOps 및 IaC 파이프라인 성능 메트릭 수집
   • 병목 현상 식별 및 최적화
   • 자원 사용량 모니터링 및 조정

주목해야 할 기술

앞으로의 전망

추가 학습 내용

관련 분야 학습 내용

용어 정리

참고 및 출처

• GitOps 원칙 설명
• IaC 발전 방향
• ArgoCD 공식 문서
• GitOps: ArgoCD vs FluxCD - CloudRaft
• How to Use Terraform with GitOps - Spacelift
• Declarative Setup - Argo CD - Read the Docs
• What is a GitOps workflow? - GitLab
• GitOps: 고급 쿠버네티스 관리
• FluxCD 공식 문서
• Terraform을 통한 GitOps
• CNCF 클라우드 네이티브 인터랙티브 지도
• GitOps 작업 그룹
• Red Hat의 GitOps 소개
• 쿠버네티스에서의 카나리 배포
• Argo Rollouts 문서
• Weaveworks GitOps 가이드
• Google Cloud의 GitOps 및 Config Sync
• Crossplane 공식 문서