📌 [StatefulSet 심화편 #21] StatefulSet과 Horizontal Pod Autoscaler(HPA) 적용 방법

 

1️⃣ 개요

 

StatefulSet은 일반적으로 데이터를 저장하고 상태를 유지하는 애플리케이션(예: 데이터베이스, 메시지 브로커 등)에 사용됩니다.

그러나, 트래픽 증가 시 Pod 개수를 자동으로 조정해야 하는 경우에도 StatefulSet을 활용할 수 있습니다.

 

이번 글에서는 StatefulSet에 Horizontal Pod Autoscaler(HPA)를 적용하는 방법과, 고려해야 할 주요 사항을 설명하겠습니다. 🚀

 

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2️⃣ StatefulSet에서 HPA가 필요한 이유

 

📌 StatefulSet에서 HPA가 필요한 주요 이유

상황	설명
트래픽 급증	API 서버, 캐시 서버(예: Redis) 등에서 갑작스러운 트래픽 증가 대응
CPU/메모리 부하 증가	일정 수준 이상의 리소스 사용량을 초과하면 자동으로 Pod 개수 조정
서비스 안정성 유지	부하가 높은 시간대에 자동으로 확장하고, 부하가 낮아지면 Pod 개수 축소

✅ HPA를 활용하면 StatefulSet도 필요에 따라 자동으로 확장 및 축소할 수 있습니다.

 

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3️⃣ StatefulSet에서 HPA 적용 방법

 

✅ 1. HPA를 적용하기 위한 전제 조건

 

HPA를 적용하려면 Metrics Server가 클러스터에 설치되어 있어야 합니다.

📌 Metrics Server 설치 확인

kubectl get deployment -n kube-system | grep metrics-server

 

📌 설치되지 않았다면 Metrics Server 배포

kubectl apply -f https://github.com/kubernetes-sigs/metrics-server/releases/latest/download/components.yaml

✅ Metrics Server는 HPA가 리소스 사용량을 측정하는 데 필수적입니다.

 

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✅ 2. StatefulSet에 HPA 적용하기 (CPU 기반 AutoScaling)

 

📌 StatefulSet 정의 (Redis 예제)

apiVersion: apps/v1
kind: StatefulSet
metadata:
  name: redis
spec:
  serviceName: redis
  replicas: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: redis
  template:
    metadata:
      labels:
        app: redis
    spec:
      containers:
        - name: redis
          image: redis:latest
          resources:
            requests:
              cpu: "500m"
              memory: "512Mi"
            limits:
              cpu: "1000m"
              memory: "1Gi"

 

📌 HPA 적용 (CPU 사용률 기준 자동 확장)

apiVersion: autoscaling/v2
kind: HorizontalPodAutoscaler
metadata:
  name: redis-hpa
spec:
  scaleTargetRef:
    apiVersion: apps/v1
    kind: StatefulSet
    name: redis
  minReplicas: 2
  maxReplicas: 5
  metrics:
    - type: Resource
      resource:
        name: cpu
        target:
          type: Utilization
          averageUtilization: 70  # CPU 사용률이 70% 이상이면 확장

 

📌 HPA 적용 후 확인

kubectl apply -f redis-hpa.yaml
kubectl get hpa

✅ 이제 CPU 사용률이 70%를 초과하면 Redis StatefulSet의 Pod 개수가 증가합니다.

 

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4️⃣ StatefulSet에서 HPA 적용 시 고려해야 할 사항

 

✅ 1. StatefulSet의 Pod는 순차적으로 확장됨

• Deployment와 달리 StatefulSet은 새로운 Pod가 생성될 때 기존 Pod의 준비 상태를 확인하면서 순차적으로 확장됩니다.

• 따라서 HPA가 빠르게 확장되기 어렵고, 초기 확장 속도가 느릴 수 있음

 

✅ 즉각적인 확장이 필요한 경우 ReplicaSet이나 Deployment를 고려해야 합니다.

 

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✅ 2. HPA 적용 시 PVC(스토리지) 문제 고려

 

StatefulSet은 각 Pod마다 고유한 Persistent Volume Claim(PVC)을 유지합니다.

 

📌 PVC 자동 확장 여부 확인

kubectl get pvc

• Pod가 확장될 때, 새로운 PVC가 자동으로 생성되므로 PVC가 올바르게 마운트되는지 확인해야 합니다.

• 일부 클라우드 환경(AWS EBS, Azure Disk)에서는 PVC를 특정 노드에 고정할 수 있기 때문에, StatefulSet 확장 시 PVC가 다른 노드에서 재사용되지 않을 수 있음

 

✅ PVC 마운트 제한이 없는 분산 스토리지(NFS, CephFS) 사용을 고려해야 합니다.

 

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✅ 3. HPA와 PodDisruptionBudget(PDB) 충돌 방지

 

📌 StatefulSet에서 HPA와 PDB가 충돌하는 경우

• PDB(Pod Disruption Budget)가 설정되어 있으면, HPA가 Pod를 축소하려고 할 때 제한될 수 있음

• 예를 들어, 최소 2개 이상의 Pod가 항상 유지되도록 PDB를 설정하면, HPA가 Pod를 줄일 수 없음

 

📌 PodDisruptionBudget 설정 예제

apiVersion: policy/v1
kind: PodDisruptionBudget
metadata:
  name: redis-pdb
spec:
  minAvailable: 2
  selector:
    matchLabels:
      app: redis

✅ HPA가 정상적으로 작동하려면 PDB 설정을 확인해야 합니다.

 

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✅ 4. 클러스터 오토스케일링과의 조합 고려

 

HPA는 Pod 개수를 조정하지만, 클러스터 노드 수를 조정하지 않습니다.

즉, 모든 노드가 꽉 차면 HPA가 확장을 수행할 수 없으므로 Cluster Autoscaler와 함께 운영해야 합니다.

 

📌 Cluster Autoscaler 상태 확인

kubectl get nodes

✅ 클러스터 리소스가 충분한지 지속적으로 모니터링해야 합니다.

 

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🔥 5️⃣ 결론

 

✔ StatefulSet에도 HPA를 적용하여 자동 확장이 가능하지만, 확장 속도가 느릴 수 있음

✔ PVC가 Pod마다 다르게 생성되므로, 스토리지 마운트 제한이 없는 스토리지를 사용하는 것이 중요

✔ HPA와 PDB가 충돌할 수 있으므로, 최소 Pod 개수(minAvailable)를 설정할 때 주의해야 함

✔ HPA가 클러스터 리소스를 직접 관리하지 않으므로, Cluster Autoscaler와 함께 운영해야 함