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클라우드 기반 원격 DaaS

2023년 전기 졸업과제 37조 클라우드 기반 원격 DaaS

1. 프로젝트 소개

| 개요

  • 본 과제는 코로나 19 이후 원격 교육과 재택 근무 필요성이 급증한 현대 사회에서 교육 분야의 비대면 교육 혁신을 위해 클라우드 기반의 원격 데스크탑 서비스(DaaS, Desktop-as-a-Service)와 여러 학습 관리 기능을 결합한 교육 플랫폼(LMS, Learning Management System) 을 구축한다. 이를 통해 비대면 교육뿐만 아니라 학습 환경의 품질을 향상시키고 효과적인 학습 관리 서비스를 제공하고자 한다.

| 내용

  • 언제 어디서든 접근 가능한 원격 데스크탑 환경을 제공한다.
  • 클라우드 기반 원격 데스크탑 서비스를 웹 서비스의 형태로 제공하여 별도의 애플리케이션 설치나 복잡한 설정 없이 간편하게 사용할 수 있다.
  • Kubernetes를 사용하여 autoscaling을 제공해 트래픽 증가, 장애 상황에 대응하여 안정적이고 중단 없는 서비스를 제공한다.
  • 서버의 부하를 분산시키기 위해 가상 환경 이미지 관리 서버, 가상 환경 접속 서버, 웹 서버를 분리하여 마이크로서비스 아키텍처(MSA, MicroService Architecture)를 실현한다.
  • 교육 플랫폼을 제공하여 교육자가 강좌를 효과적으로 관리하고 학생들이 학습 자료와 정보에 쉽게 접근할 수 있다.
  • 학생은 교육자의 학습 환경과 동일한 환경을 구성하기 위해 압축 파일, 설명서를 통해 직접 환경 설정할 필요 없이 편리하게 교육자와 동일한 학습 환경을 구성할 수 있다.
  • 타 사용자의 가상 환경에서 함께 작업할 수 있다.
  • harbor와 s3를 사용한 private docker registry를 구축하여 사용자들의 가상 환경인 docker image를 안전하게 관리한다.
  • kubernetes로 구축한 서버를 프로메테우스(Prometheus)와 그라파나(Grafana)를 활용하여 모니터링한다. 또한, private docker registry에 사용된 s3를 AWS CloudWatch로 모니터링한다.

| 개발 환경

분야 사용 기술 및 도구
Programming Languages - Java 17
- Python 3.8.10
Framework - Spring Boot 3.1.2
- Flask 3.0.0
Template Engine - Thymeleaf 3.1.2
Build Tool - Gradle 8.2.1
Cloud - Docker 24.0.6
- Kubernetes 1.25.8
- Amazon Web Services(AWS)
- Naver CloudPlatform
DataBase - MariaDB 10.0
Registry - Harbor 2.8.2
- AWS S3
Monitoring - Prometheus 2.20.1
- Grafana 8.5.27
- AWS CloudWatch
Version Control - Git 2.34.1

2. 팀소개

이름 Github/Email 역할
박소현 • https://github.com/sososo0
• [email protected]		 • 전체 구성 설계 및 구축
• 클라우드(AWS, Naver Cloud) 환경 구축 및 멀티 클라우드 적용
• Private Docker Registry 설계 및 구축
• Web Desktop Manager 설계 및 구축
• Pod 관련 기능 설계 및 구현
• Kubernetes & Web Desktop Image Manger 설계 및 구축
• 가상환경 API 구현(Flask)
• 서비스 배포
김기해 • https://github.com/xcelxlorx
• [email protected]		 • UI 설계
• 강좌, 게시판, 관리자, 사용자 API 구현(SpringBoot)
• 모니터링 구현
• 강좌, 게시판, 관리자, 사용자 페이지 구현
김수현 • https://github.com/suuding
• [email protected]		 • 기능 정의서 작성 및 DB 설계
• 로그인, 회원가입, 가상환경 API 구현(SpringBoot)
• Container Image 생성 및 관리(Flask)
• 웹 서버와 가상환경 서버 API 통신 구현
• 로그인, 회원가입, 가상환경 페이지 구현

3. 시스템 구성도

| 전체 구성도

  • 멀티 클라우드
    • 해당 서비스는 멀티 클라우드 아키텍처로 구성되어 있으며, 클라우드 서비스 공급자는 AWS와 Naver CloudPlatform이다.
  • AWS
    • Web Server에서 웹 애플리케이션 호스팅 및 웹 사이트를 제공하기 위해 AWS의 EC2를 사용한다.
    • AWS의 S3를 사용하여 Private Docker Registry를 구축했다.
    • AWS CloudWatch를 사용하여 S3 리소스를 모니터링한다.
  • Naver CloudPlatform
    • Kubernetes 관리 및 Web Desktop Image를 관리하는 역할을 수행한다.
    • k8s 기반으로 구축된 Web Desktop Manager에서 가상 환경을 관리하고 사용자들의 리소스 사용량에 따라 k8s 환경을 scaling한다.
    • k8s 리소스 사용량을 보기 위해 모니터링한다.

| 가상환경 관리 서버 구성도

  • 가상환경 관리 서버는 웹 서버의 요청에 따라 가상환경 생성, 실행, 접속, 삭제를 수행하고 사용자의 docker image를 안전하게 저장한다.
  • Kubernetes & Web Desktop Image Manager(Flask Server)
    • 사용자 요청을 바탕으로 k8s에 명령을 내리고 docker image를 관리한다.
  • Web Desktop Manager(Kubernetes Server)
    • 클라우드 환경에서 가상환경(kasm container)을 관리한다.
  • Private Docker Registry(Harbor)
    • docker image를 저장하는 private 저장소이다.

| 웹 서버 구성도

  • AWS의 EC2 인스턴스를 활용하여 웹 애플리케이션 호스팅과 웹 사이트를 제공한다.

| Private Docker Registry 구성도

  • 오픈 소스 컨테이너 레지스트리 Harbor와 AWS 클라우드 스토리지 서비스 S3를 결합하여 구축한다. Harbor는 Ec2 인스턴스 위에서 Multi Container 형태로 실행된다.
  • 트래픽 분산과 서비스 무중단을 위해 Auto Scaling Group으로 구성하고 Load Balancer를 연동한다.
  • Harbor와 S3를 연동하여 데이터 복제 및 백업을 지원한다.
  • 사용자는 CLI와 Web UI로 접근할 수 있다.

| 관리자 서비스 구성도

  • 관리자는 Web Server, 사용자의 Web Desktop, Kubernetes & Web Desktop Image Manager, private docker registry에 접근할 수 있다.

| k8s 모니터링 구성도

  • Grafana를 통해 k8s를 모니터링한다.

| s3 모니터링 구성도

  • AWS CloudWatch를 통해 s3를 모니터링한다.

4. 소개 및 시연 영상

| 접속

| 소개

이름 내용
메인 페이지
자신의 가상환경 목록 화면
가상환경 접속 화면
강좌 게시판 화면
교육자의 가상환경 화면
관리자의 모니터링 화면

| 시연 영상

부산대학교 정보컴퓨터공학부 소개


5. 설치 및 사용법

| Use PNU-P2K for Deploy

| Set Env

Copy example yml file to set env

cp docker-compose.yml.example docker-compose.yml
cp application-aws.yml.example application-aws.yml
cp application-mariaDB.yml.example application-mariaDB.yml
cp application-server.yml.example application-server.yml
  • docker-compose.yml
version: '3'
services:
  db:
    image: mariadb:10
    container_name: mariadb
    ports:
      - 3307:3306
    environment:
      MARIADB_DATABASE: 'p2k'
      MARIADB_ROOT_PASSWORD: # password
      MARIADB_ROOT_HOST: '%'
      TZ: Asia/Seoul
    volumes:
      - ./mariadb/conf.d:/etc/mysql/conf.d
      - ./mariadb/data:/var/lib/mysql
      - ./mariadb/initdb.d:/docker-entrypoint-initdb.d
    command: ['--character-set-server=utf8mb4', '--collation-server=utf8mb4_unicode_ci', '--bind-address=0.0.0.0']
  application:
    container_name: springboot
    build: .
    ports:
      - 80:8080
    depends_on:
      - db
  • application-aws.yml
cloudwatch:
  credentials:
    access-key: # access-key
    secret-key: # secret-key
  s3:
    bucket-name: "p2k"
  • application-mariaDB.yml
spring:
  datasource:
    url: jdbc:mariadb://mariadb:3306/p2k?useSSL=false&createDatabaseIfNotExist=true
    driver-class-name: org.mariadb.jdbc.Driver
    username: root
    password: # password
  jpa:
    database-platform: org.hibernate.dialect.MariaDBDialect
    defer-datasource-initialization: true
    hibernate:
      ddl-auto: update
    show-sql: true
    generate-ddl: true
  • application-server.yml
server:
  port: 443
  ssl:
    key-store: classpath:ssl/keystore.p12
    key-store-type: PKCS12
    key-store-password: #password

| Execution

  • Install Docker in SpringBoot & Flask Application
# Install Docker
sudo apt-get update
sudo apt-get install apt-transport-https ca-certificates curl gnupg-agent software-properties-common
sudo curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
sudo add-apt-repository "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu $(lsb_release -cs) stable"
sudo apt-get update
sudo apt-get install docker-ce docker-ce-cli containerd.io

# Check Docker Install
sudo systemctl status docker
  • SpringBoot Application
# Repository git clone
git clone https://github.com/PNU-P2K/webpage.git

# Install JDK 17
sudo apt update
sudo apt install openjdk-17-jdk

# Install docker-compose 
sudo curl -L "https://github.com/docker/compose/releases/download/1.24.1/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" -o /usr/local/bin/docker-compose
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
sudo ln -s /usr/local/bin/docker-compose /usr/bin/docker-compose

# Check docker-compose install with version 
docker-compose --version 

# Run SpringBoot Application
cd webpage
chmod +x gradlew
./gradlew clean build
docker-compose up -d --build
  • Flask Application
# Repository git clone
git clone https://github.com/PNU-P2K/vm-server.git

# Install pip
sudo apt update
sudo apt install python3-pip

# Install Flask
pip install flask

# Install pycrypto
pip install pycrypto

# Download Base Docker Image
docker pull registry.p2kcloud.com/base/1/kasmweb:v1

# Run Flask Application
python3 app_v8.py

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