Kubernetes Operators 是一种用于自动化运维的模式，它结合了 Kubernetes 自定义资源和控制器来管理应用程序和服务。Operators 扩展了 Kubernetes API，并利用控制循环来管理应用的生命周期，从而实现复杂的自动化运维任务。

 

什么是 Kubernetes Operators

Operators 是一个用于管理复杂应用程序的 Kubernetes 模式，它定义了以下内容：

Operators 利用这两部分，持续监控和维护应用程序的状态，确保其始终处于期望的状态。

 

Operators 的工作原理

Operators 的核心是控制器，它遵循控制循环模式：

  1. 观察（Observe）：控制器通过 Kubernetes API 监控自定义资源对象的状态。
  2. 分析（Analyze）：控制器比较当前状态和期望状态。

  3. 行动（Act）：如果发现差异，控制器会执行相应的操作，使实际状态匹配期望状态。

     

创建一个简单的 Operator

以下是创建一个简单 Operator 的步骤：

 

1. 安装 Operator SDK

Operator SDK 提供了一些工具和库来帮助开发 Operators。

curl -LO https://github.com/operator-framework/operator-sdk/releases/download/v1.8.0/operator-sdk_linux_amd64
chmod +x operator-sdk_linux_amd64
mv operator-sdk_linux_amd64 /usr/local/bin/operator-sdk

 

2. 创建新项目

使用 Operator SDK 创建一个新的 Operator 项目：

operator-sdk init --domain=example.com --repo=github.com/example/memcached-operator

 

3. 创建 API 和控制器

生成自定义资源定义（CRD）和控制器代码：

operator-sdk create api --group cache --version v1alpha1 --kind Memcached --resource --controller

 

4. 定义自定义资源

编辑 api/v1alpha1/memcached_types.go 文件，定义自定义资源的 Spec 和 Status：

type MemcachedSpec struct {
	// Size is the size of the memcached deployment
	Size int32 `json:"size"`
}
type MemcachedStatus struct {
	// Nodes are the names of the memcached pods
	Nodes []string `json:"nodes"`
}

 

5. 实现控制器逻辑

在 controllers/memcached_controller.go 中，实现控制器逻辑：

func (r *MemcachedReconciler) Reconcile(ctx context.Context, req ctrl.Request) (ctrl.Result, error) {
	// Fetch the Memcached instance
	memcached := &cachev1alpha1.Memcached{}
	err := r.Get(ctx, req.NamespacedName, memcached)
	if err != nil {
		if errors.IsNotFound(err) {
			// Memcached resource not found. Ignore since object must be deleted.
			return ctrl.Result{}, nil
		}
		// Error reading the object - requeue the request.
		return ctrl.Result{}, err
	}
	// Define the desired Deployment
	dep := r.deploymentForMemcached(memcached)
	// Set Memcached instance as the owner and controller
	if err := ctrl.SetControllerReference(memcached, dep, r.Scheme); err != nil {
		return ctrl.Result{}, err
	}
	// Check if the Deployment already exists, if not create a new one
	found := &appsv1.Deployment{}
	err = r.Get(ctx, types.NamespacedName{Name: dep.Name, Namespace: dep.Namespace}, found)
	if err != nil && errors.IsNotFound(err) {
		log.Info("Creating a new Deployment", "Deployment.Namespace", dep.Namespace, "Deployment.Name", dep.Name)
		err = r.Create(ctx, dep)
		if err != nil {
			return ctrl.Result{}, err
		}
		// Deployment created successfully - return and requeue
		return ctrl.Result{Requeue: true}, nil
	} else if err != nil {
		return ctrl.Result{}, err
	}
	// Ensure the deployment size is the same as the spec
	size := memcached.Spec.Size
	if *found.Spec.Replicas != size {
		found.Spec.Replicas = &size
		err = r.Update(ctx, found)
		if err != nil {
			return ctrl.Result{}, err
		}
	}
	// Update the Memcached status with the pod names
	// List the pods for this memcached's deployment
	podList := &corev1.PodList{}
	listOpts := []client.ListOption{
		client.InNamespace(memcached.Namespace),
		client.MatchingLabels(labelsForMemcached(memcached.Name)),
	}
	if err = r.List(ctx, podList, listOpts...); err != nil {
		return ctrl.Result{}, err
	}
	podNames := getPodNames(podList.Items)
	// Update status.Nodes if needed
	if !reflect.DeepEqual(podNames, memcached.Status.Nodes) {
		memcached.Status.Nodes = podNames
		err = r.Status().Update(ctx, memcached)
		if err != nil {
			return ctrl.Result{}, err
		}
	}
	return ctrl.Result{}, nil
}

 

6. 部署 CRD 和 Operator

使用 Makefile 构建并部署 CRD 和 Operator：

make install
make run

 

7. 创建自定义资源实例

创建一个 Memcached 实例：

apiVersion: cache.example.com/v1alpha1
kind: Memcached
metadata:
  name: memcached-sample
spec:
  size: 3

 

应用此资源：

kubectl apply -f config/samples/cache_v1alpha1_memcached.yaml

 

高级功能

Operators 可以实现更复杂的功能，如：

  • 自动备份和恢复：管理数据库的备份和恢复任务。
  • 滚动升级：确保应用在升级过程中的可用性。
  • 自愈：检测并恢复故障状态的应用。

  • 扩展：根据负载自动扩展或缩减资源。

     

社区和现有 Operators

Kubernetes 社区提供了许多现成的 Operators，可以用于常见应用的管理。可以在 OperatorHub 上找到并部署这些 Operators。

 

总结

Operators 是 Kubernetes 中强大的自动化运维工具，能够通过自定义资源和控制器扩展 Kubernetes 的能力，管理复杂的应用生命周期。利用 Operators，可以实现高效、可靠的自动化运维，提升应用的稳定性和可维护性。