Vertical Pod Autoscaler (VPA)

개요

쿠버네티스(Kubernetes)는 다양한 애플리케이션을 컨테이너화하여 배포하고 확장하는 데 매우 유용한 플랫폼입니다. 그러나 컨테이너의 리소스 설정(cpu/memory requests & limits)이 고정되어 있다면 실제 사용량과 괴리가 발생해 과소/과다 할당 문제가 발생합니다. 이를 해결하기 위한 자동 조절 솔루션 중 하나가 바로 **Vertical Pod Autoscaler(VPA)**입니다.

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1. 개념 및 정의

VPA는 쿠버네티스에서 실행 중인 파드(Pod)의 리소스 요청(Requests)과 제한(Limits)을 자동으로 조정하여 최적화하는 컴포넌트입니다.

• 주요 목적: 파드의 CPU 및 메모리 리소스를 동적으로 조정하여 비용과 성능 최적화
• 작동 방식: 리소스 사용량을 기반으로 추천값을 계산하고 Pod을 재생성하여 적용
• 한계: 파드 재시작이 필요하므로 상태 저장 워크로드(Stateful)에는 주의 필요

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2. 특징

항목	VPA	HPA (Horizontal Pod Autoscaler)
스케일링 방향	수직 (리소스 조정)	수평 (파드 수 조정)
작동 방식	파드 재시작 후 리소스 재조정	메트릭 기반으로 파드 증/감
대상 워크로드	리소스 최적화에 초점	부하 분산에 초점
적용 상황	메모리 집약형, 단일 인스턴스 적합	CPU 스파이크, 확장성 요구

• VPA와 HPA는 동시에 적용할 수 없으며, 조합 시 'recommendation only' 모드 활용 필요

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3. 구성 요소

구성 요소	설명	역할
Recommender	리소스 사용량 분석 및 추천값 계산	CPU/Memory 추천 범위 산출
Updater	기존 파드를 교체할지 결정	리소스 차이 확인 후 재시작 판단
Admission Controller	새로운 파드에 추천값 적용	PodSpec에 request 값 삽입

• VPA는 리소스의 적정 값을 예측해 PodSpec에 자동 삽입하거나 사용자에게 제안 가능

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4. 기술 요소

기술 요소	설명	도구 예시
Metrics API 연동	사용량 기반 분석 수행	Metrics Server, Prometheus
정책 기반 제한	Min/Max 리소스 가이드라인 설정	VPA CRD (VerticalPodAutoscaler)
모드 설정	Auto, Initial, Recommendation modes	동작 범위 조절 가능
로그 기반 튜닝	장기 수집 데이터 기반 추천 향상	Grafana, Loki 등과 통합 가능

• Auto 모드는 실시간 조정, Initial은 최초 한 번만, Recommendation은 수동 적용

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5. 장점 및 이점

장점	설명	기대 효과
비용 절감	과다 할당 리소스 제거	불필요한 CPU/Memory 제거
성능 안정성	과소 할당으로 인한 장애 방지	애플리케이션 중단 최소화
자동화 운영	수동 튜닝 시간 절약	운영 복잡도 감소
데이터 기반 의사결정	실사용량에 근거한 리소스 조정	합리적 배포 전략 수립

• 특히 AI/ML, 배치작업, 테스트 환경에 효과적이며, 온디맨드 리소스 관리에 적합

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6. 활용 사례 및 고려사항

사례	설명	적용 포인트
데이터 파이프라인	Spark, Flink 배치 작업 자동 리소스 튜닝	Job 성공률 향상 및 비용 절감
CI/CD 워크로드	빌드/테스트 시 메모리 스파이크 대응	Initial 모드 활용 효율적
내부 API 서비스	사용량 낮은 API에 대한 리소스 축소	Recommendation 모드로 적용 검토

고려사항:

• StatefulSet, DaemonSet에는 제한적 적용
• Frequent Restart가 문제일 경우 Updater 비활성화 고려
• 실시간 워크로드에는 HPA와의 조합 또는 KEDA 연계 검토 필요

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7. 결론

Vertical Pod Autoscaler는 리소스 최적화를 자동화함으로써 쿠버네티스 클러스터의 비용 효율성과 안정성을 동시에 향상시키는 전략적 도구입니다. 수동 튜닝의 번거로움 없이 CPU/메모리 사용량을 기반으로 리소스를 예측하고 자동 조절함으로써, 인프라 운영의 효율성을 극대화할 수 있습니다. 특히 리소스 사용 패턴이 명확한 서비스에서 VPA는 큰 효과를 발휘합니다.