基于operator sdk编写一个k8s自定义资源管理应用

简介：operator 是一种 kubernetes 的扩展形式，可以帮助用户以 Kubernetes 的声明式 API 风格自定义来管理应用及服务，operator已经成为分布式应用在k8s集群部署的事实标准了，在云原生时代系统想迁移到k8s集群上编写operator应用是必不可少的能力，这里介绍用 CoreOS 的 operator framework 工具如何快速构建一个 operator 应用。

CRD

在 Kubernetes 中我们使用的 Deployment， DamenSet，StatefulSet, Service，Ingress, ConfigMap, Secret 这些都是资源，而对这些资源的创建、更新、删除的动作都会被成为为事件(Event)，Kubernetes 的 Controller Manager 负责事件监听，并触发相应的动作来满足期望（Spec），这种方式也就是声明式，即用户只需要关心应用程序的最终状态。当我们在使用中发现现有的这些资源不能满足我们的需求的时候，Kubernetes 提供了自定义资源（Custom Resource）和 opertor 为应用程序提供基于 kuberntes 扩展。
CRD 则是对自定义资源的描述(Custom Resource Definition)，也就是介绍这个资源有什么属性呀，这些属性的类型是什么，结构是怎样的这类。

我们看一个postgres-operator的CRD：

apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:name: postgresqls.acid.zalan.dolabels:app.kubernetes.io/name: postgres-operatorannotations:"helm.sh/hook": crd-install
spec:group: acid.zalan.donames:kind: postgresqllistKind: postgresqlListplural: postgresqlssingular: postgresqlshortNames:- pgadditionalPrinterColumns:- name: Teamtype: stringdescription: Team responsible for Postgres CLusterJSONPath: .spec.teamId- name: Versiontype: stringdescription: PostgreSQL versionJSONPath: .spec.postgresql.version- name: Podstype: integerdescription: Number of Pods per Postgres clusterJSONPath: .spec.numberOfInstances- name: Volumetype: stringdescription: Size of the bound volumeJSONPath: .spec.volume.size
...

从上面的 CRD 文件可以看到 CRD 主要包括apiVersion、kind、metadata和spec四个部分。其中最关键的是apiVersion和kind，apiVersion表示资源所属组织和版本，apiVersion一般由APIGourp和Version组成，这里的 APIGourp 是apiextensions.k8s.io，Version 是v1beta1，相关信息可以通过kubectl api-resoures查看。kind表示资源类型，这里是CustomResourceDefinition，表示是一个自定义的资源描述。

operator是什么

CoreOS 在 2016 年底提出了 Operator 的概念，当时的一段官方定义如下：

An Operator represents human operational knowledge in software, to reliably manage an application.

operator 是一种 kubernetes 的扩展形式，利用自定义资源对象（Custom Resource）来管理应用和组件，允许用户以 Kubernetes 的声明式 API 风格来管理应用及服务。operator 定义了一组在 Kubernetes 集群中打包和部署复杂业务应用的方法，operator主要是为解决特定应用或服务关于如何运行、部署及出现问题时如何处理提供的一种特定的自定义方式。比如：

按需部署应用服务（总不能用一大堆configmap来管理吧，也会很混乱~w(ﾟДﾟ)w）
实现应用状态的备份和还原，完成版本升级，比如
数据库 schema 或额外的配置设置的改动
为分布式应用进行master选举，例如etcd，或者master-slave架构的mysql集群。

operator SDK

operator SDK —— operator framework，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。

如果希望查看 Operator 生态，可以上 http://operatorhub.io ，也可以将自己创建的应用发布上去。

operator 安装

安装 operator sdk:

export RELEASE_VERSION=v0.13.0
curl -LO https://github.com/operator-framework/operator-sdk/releases/download/${RELEASE_VERSION}/operator-sdk-${RELEASE_VERSION}-x86_64-linux-gnu
chmod +x operator-sdk-${RELEASE_VERSION}-x86_64-linux-gnu && sudo mkdir -p /usr/local/bin/ && sudo cp operator-sdk-${RELEASE_VERSION}-x86_64-linux-gnu /usr/local/bin/operator-sdk && rm operator-sdk-${RELEASE_VERSION}-x86_64-linux-gnu

基于模板创建项目

用operator sdk 创建项目模板，这里用官方提供的一个sample-controller的模板：

operator-sdk new <controller-name> --repo github.com/kubernetes/sample-controller

项目结构目录创建完成，如下：

$ operator-sdk new test-controller --repo github.com/kubernetes/sample-controller
$ tree
.
├── build
│   ├── bin
│   │   ├── entrypoint
│   │   └── user_setup
│   └── Dockerfile
├── cmd
│   └── manager
│       └── main.go
├── deploy
│   ├── operator.yaml
│   ├── role_binding.yaml
│   ├── role.yaml
│   └── service_account.yaml
├── go.mod
├── go.sum
├── pkg
│   ├── apis
│   │   └── apis.go
│   └── controller
│       └── controller.go
├── tools.go
└── version└── version.go

创建CRD

operator-sdk add api --api-version=<api的版本> --kind=<类型名称>

创建CRD后，多出来了文件夹：

$ operator-sdk add api --api-version=test.k8s.realibox.com/v1 --kind=RealiboxINFO[0000] Generating api version test.k8s.realibox.com/v1 for kind Realibox.
INFO[0000] Created pkg/apis/test/group.go
INFO[0002] Created pkg/apis/test/v1/realibox_types.go
INFO[0002] Created pkg/apis/addtoscheme_test_v1.go
INFO[0002] Created pkg/apis/test/v1/register.go
INFO[0002] Created pkg/apis/test/v1/doc.go
INFO[0002] Created deploy/crds/test.k8s.realibox.com_v1_realibox_cr.yaml
INFO[0004] Created deploy/crds/test.k8s.realibox.com_realiboxes_crd.yaml
INFO[0004] Running deepcopy code-generation for Custom Resource group versions: [test:[v1], ]
INFO[0014] Code-generation complete.
INFO[0014] Running CRD generation for Custom Resource group versions: [test:[v1], ]
INFO[0014] Created deploy/crds/test.k8s.realibox.com_realiboxes_crd.yaml
INFO[0014] CRD generation complete.
INFO[0014] API generation complete.      $ tree
...
├── pkg
│   ├── apis
│   │   ├── addtoscheme_test_v1.go
│   │   ├── apis.go
│   │   └── test
│   │       ├── group.go
│   │       └── v1
│   │           ├── doc.go
│   │           ├── realibox_types.go
│   │           ├── register.go
│   │           └── zz_generated.deepcopy.go
│   └── controller
│       └── controller.go
...

test 文件夹下面放得就是 CRD，我们通过pkg/apis/test/v1/*_types.go文件定义我们的CRD结构，主要是Spec和Status：

vim pkg/apis/test/v1/realibox_types.go
...
// RealiboxSpec defines the desired state of Realibox
type RealiboxSpec struct {// INSERT ADDITIONAL SPEC FIELDS - desired state of cluster// Important: Run "operator-sdk generate k8s" to regenerate code after modifying this file// Add custom validation using kubebuilder tags: https://book-v1.book.kubebuilder.io/beyond_basics/generating_crd.html
}type RealiboxStatus struct {// INSERT ADDITIONAL STATUS FIELD - define observed state of cluster// Important: Run "operator-sdk generate k8s" to regenerate code after modifying this file// Add custom validation using kubebuilder tags: https://book-v1.book.kubebuilder.io/beyond_basics/generating_crd.html
}
...

这里我们只改Spec字段，将RealiboxSpec结构体改为：

type RealiboxSpec struct {Domain string `json:"domain,omitempty"`OSS string `json:"oss,omitempty"`Size    string `json:"size,omitempty"`
}

更新CRD文件：

operator-sdk generate k8s
operator-sdk generate crds

CRD本质是一种k8s的资源，因此要使用crd，需要在K8s集群上创建CRD：

kubectl apply -f deploy/crds/test.k8s.realibox.com_realiboxes_crd.yaml

$ kubectl get crd
NAME CREATED AT
http://clusterauthtokens.cluster.cattle.io 2020-08-29T06:41:42Z
http://clusteruserattributes.cluster.cattle.io 2020-08-29T06:41:42Z
http://realiboxes.test.k8s.realibox.com 2020-08-29T07:57:44Z

编写controller

创建好 CRD 后，我们可以编写 controller 了，先创建一个 controller 监听和核对新创建的realibox资源类型：

命令行说明:

operator-sdk add controller --api-version=<api的版本> --kind=<类型名称>

运行结果：

$ operator-sdk add controller --api-version=test.k8s.realibox.com/v1 --kind=Realibox$ tree
...
├── pkg
│   ├── apis
│   │   ├── addtoscheme_test_v1.go
│   │   ├── apis.go
│   │   └── test
│   │       ├── group.go
│   │       └── v1
│   │           ├── doc.go
│   │           ├── realibox_types.go
│   │           ├── register.go
│   │           └── zz_generated.deepcopy.go
│   └── controller
│       ├── add_realibox.go
│       ├── controller.go
│       └── realibox
│           └── realibox_controller.go
...

参考链接：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/243132067