技术分享 | kubernetes operator 简介
作者：沈亚军
爱可生研发团队成员，负责公司 DMP 产品的后端开发，爱好太广，三天三夜都说不完，低调低调...
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k8s operator 介绍
k8s Operator 是一种用于特定应用的控制器，可扩展 Kubernetes API 的功能，来代表 k8s 用户创建、配置和管理复杂应用的实例，它基于基本 k8s 资源和控制器概念构建，但又涵盖了特定领域或应用的知识，用于实现其所管理的应用生命周期的自动化，常见的有 etcd-operator、prometheus-operator 等，以下是 k8s operator 执行的一些最常见功能的列表：
- 部署指定配置和数量的应用
- 对应用进行扩缩容
- 启动升级、自动备份和故障恢复
- 执行任何其他可以作为代码呈现的管理应用的任务
operator 工作原理
k8s operator 是使用自定义资源(CR)管理应用及其组件的自定义 k8s 控制器，自定义资源是 k8s 中的 API 扩展机制。自定义资源定义(CRD)会声明 CR 并列出 Operator 用户可用的所有配置
当 operator 被部署到 k8s 集群中会通过连接 master 节点的 API server 监听特定资源类型的事件并基于用户在 CR 中提供的配置和嵌入在 operator 处理逻辑采取对应的操作，进行循环处理确保当前该资源的状态与理想状态相符
编写一个简单的 operator
operator SDK 是 CoreOS 公司开发和维护的用于快速创建 operator 的工具，可以帮助我们快速构建 operator 应用，类似的工具还有：
- KUDO (Kubernetes 通用声明式 Operator)
- kubebuilder，kubernetes SIG 在维护的一个项目
- Metacontroller，可与 Webhook 结合使用，以实现自己的功能
接下来会使用 operator-sdk 构建一个简单的 operator 项目
开发环境:
docker 20.10.5
operator-sdk 1.9.0
golang 1.16.3
kubernetes 1.19
macOS 11.4
1、使用 operator-sdk CLI 创建 nginx-operator 项目
mkdir -p $HOME/nginx-operator && cd $HOME/nginx-operator
operator-sdk init --domain example.com --repo github.com/example/nginx-operator
2、创建新的 CRD API 指定组为 proxy 类型为 Nginx 版本为 v1alpha1
operator-sdk create api --group proxy --version v1alpha1 --kind Nginx --resource --controller
该命令生成的 api/v1alpha1/nginx_types.go 和 controllers/nginx_controller.go 文件是需要我们分别实现 CR 的配置和控制器的处理逻辑
3、定义 Nginx 资源类型 CR 并生成 CRD
修改文件 api/v1alpha1/nginx_types.go 中的 NginxSpec 和 NginxStatus 如下
// NginxSpec defines the desired state of Nginx
type NginxSpec struct {
Count int32 `json:"count"`
}
// NginxStatus defines the observed state of Nginx
type NginxStatus struct {
// Nodes are the names of the nginx pods
Nodes []string `json:"nodes"`
}
执行下面的命令生成 CR 资源相关代码，每次修改 CR 的定义都需执行该命令
make generate
执行下面的命令会生成 CRD 定义文件 nginx-operator/config/crd/bases/proxy.example.com_nginxes.yaml
make manifests
4、控制器处理逻辑实现
需要在 controllers/nginx_controller.go 实现以下逻辑,可参考:（https://github.com/nufy323/nginx-sample-operator/blob/main/controllers/nginx_controller.go）
实现 SetupWithManager 方法设置要监听的资源对象，如下代码中指定了主要监听对象为 Nginx，次要监听对象为 Deployment：
func (r *NginxReconciler) SetupWithManager(mgr ctrl.Manager) error {
return ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
For(&proxyv1alpha1.Nginx{}).
Owns(&appsv1.Deployment{}).
Complete(r)
}
Reconcile 方法中用来维护前 k8s 环境中监听的对象使其达到预期的状态，每当被监听的资源对象触发新的事件该方法会被调用
func (r *NginxReconciler) Reconcile(ctx context.Context, req ctrl.Request) (ctrl.Result, error) {
log := ctrllog.FromContext(ctx)
return ctrl.Result{}, nil
}
5、部署 operator
1.编译并部署 operator 镜像 修改 Makefile
-IMG ?= controller:latest
+IMG ?= $(IMAGE_TAG_BASE):$(VERSION)
编译并部署 operator 到 k8s 集群
make docker-build
make deploy
2.查看 deployment
$ kubectl get deployment -n nginx-operator-system
NAME READY UP-TO-DATE AVAILABLE AGE
nginx-operator-controller-manager 1/1 1 1 5m14s
3.创建 Nginx CR 修改文件 config/samples/proxy_v1alpha1_nginx.yaml 如下:
apiVersion: proxy.example.com/v1alpha1
kind: Nginx
metadata:
name: nginx-sample
spec:
count: 3
执行命令 kubectl apply -f config/samples/proxy_v1alpha1_nginx.yaml 创建 CR
获取创建的 pod
$ kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
nginx-sample-66b6c48dd5-bcqc8 1/1 Running 0 15m
nginx-sample-66b6c48dd5-thnx6 1/1 Running 0 15m
nginx-sample-66b6c48dd5-xrd9l 1/1 Running 0 15m
4.检查 CR 的状态
$ kubectl get nginx/nginx-sample -o yaml
apiVersion: proxy.example.com/v1alpha1
kind: Nginx
metadata:
name: nginx-sample
namespace: default
...
spec:
count: 3
status:
nodes:
- nginx-sample-66b6c48dd5-bcqc8
- nginx-sample-66b6c48dd5-thnx6
- nginx-sample-66b6c48dd5-xrd9l
若需要清理执行以下命令
kubectl delete -f config/samples/proxy_v1alpha1_nginx.yaml
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