Eesti

Põhjalik ülevaade Kubernetes'i operaatoritest. Õpi, kuidas automatiseerida keerukate rakenduste haldamist ja ehitada oma operaatoreid.

Kubernetes'i Operaatorid: Kohandatud Ressursside Halduse Automatiseerimine

Kubernetes on muutnud pöördeliselt viisi, kuidas me rakendusi juurutame ja haldame. Keerukate, olekupõhiste rakenduste haldamine võib siiski olla keeruline. Siin tulevad appi Kubernetes'i operaatorid, pakkudes võimsa viisi rakenduste haldamise automatiseerimiseks ja Kubernetes'i võimekuse laiendamiseks.

Mis on Kubernetes'i Operaatorid?

Kubernetes'i operaator on rakendusepõhine kontroller, mis laiendab Kubernetes'i API-d keerukate rakenduste haldamiseks. Mõtle sellest kui automatiseeritud süsteemiadministraatorist, mis on spetsiaalselt kohandatud kindla rakenduse jaoks. Operaatorid kapseldavad endasse konkreetse rakenduse opereerimise domeeniteadmised, võimaldades teil seda hallata deklaratiivsel, automatiseeritud ja korrataval viisil.

Erinevalt traditsioonilistest Kubernetes'i kontrolleritest, mis haldavad põhiressursse nagu Pod'id ja Service'id, haldavad operaatorid kohandatud ressursse, mis on defineeritud kohandatud ressursidefinitsioonide (CRD) kaudu. See võimaldab teil defineerida oma rakendusepõhiseid ressursse ja lasta Kubernetes'il neid automaatselt hallata.

Miks kasutada Kubernetes'i Operaatoreid?

Operaatorid pakuvad keerukate rakenduste haldamiseks mitmeid olulisi eeliseid:

Kohandatud Ressursidefinitsioonide (CRD) Mõistmine

Kohandatud ressursidefinitsioonid (CRD-d) on Kubernetes'i operaatorite alustala. CRD-d võimaldavad teil laiendada Kubernetes'i API-d, defineerides oma kohandatud ressursitüüpe. Neid ressursse käsitletakse nagu mis tahes muid Kubernetes'i ressursse, näiteks Pod'e või Service'eid, ja neid saab hallata `kubectl`i ja teiste Kubernetes'i tööriistadega.

CRD-d töötavad järgmiselt:

  1. Te defineerite CRD, mis määrab teie kohandatud ressursi skeemi ja valideerimisreeglid.
  2. Te juurutate CRD oma Kubernetes'i klastrisse.
  3. Te loote oma kohandatud ressursi eksemplare, määrates soovitud konfiguratsiooni.
  4. Operaator jälgib muudatusi nendes kohandatud ressurssides ja võtab meetmeid soovitud oleku ja tegeliku oleku vastavusse viimiseks.

Näiteks, oletame, et soovite hallata andmebaasirakendust operaatori abil. Te võiksite defineerida CRD nimega `Database` väljadega nagu `name`, `version`, `storageSize` ja `replicas`. Operaator jälgiks seejärel `Database` ressursside muudatusi ja looks või värskendaks vastavalt aluseks olevaid andmebaasi eksemplare.

Kuidas Kubernetes'i Operaatorid Töötavad

Kubernetes'i operaatorid töötavad, kombineerides kohandatud ressursidefinitsioone (CRD-sid) kohandatud kontrolleritega. Kontroller jälgib kohandatud ressursside muudatusi ja võtab meetmeid soovitud oleku ja tegeliku oleku vastavusse viimiseks. See protsess hõlmab tavaliselt järgmisi samme:

  1. Sündmuste Jälgimine: Operaator jälgib kohandatud ressurssidega seotud sündmusi, nagu loomine, kustutamine või uuendamine.
  2. Oleku Sünkroniseerimine: Sündmuse toimumisel sünkroniseerib operaator rakenduse oleku. See hõlmab soovitud oleku (defineeritud kohandatud ressursis) võrdlemist tegeliku olekuga ja meetmete võtmist nende vastavusse viimiseks.
  3. Ressursside Haldamine: Operaator loob, uuendab või kustutab Kubernetes'i ressursse (Pod'id, Service'id, Deployment'id jne), et saavutada soovitud olek.
  4. Vigade Käsitlemine: Operaator tegeleb vigadega ja proovib ebaõnnestunud operatsioone uuesti, et tagada rakenduse püsimine järjepidevas olekus.
  5. Tagasiside Andmine: Operaator annab tagasisidet rakenduse staatuse kohta, näiteks tervisekontrollide ja ressursikasutuse kohta.

Sünkroniseerimistsükkel (reconcile loop) on operaatori loogika tuum. See jälgib pidevalt rakenduse olekut ja võtab meetmeid soovitud oleku säilitamiseks. See tsükkel on tavaliselt implementeeritud sünkroniseerimisfunktsiooni abil, mis teostab vajalikud toimingud.

Oma Kubernetes'i Operaatori Ehitamine

Mitmed tööriistad ja raamistikud aitavad teil Kubernetes'i operaatoreid ehitada:

Siin on lihtsustatud ülevaade sammudest, mis on seotud operaatori ehitamisega, kasutades Operator Frameworki:

  1. Kohandatud Ressursidefinitsiooni (CRD) Määratlemine: Looge CRD, mis kirjeldab teie rakenduse soovitud olekut. See defineerib teie kohandatud ressursi skeemi ja valideerimisreeglid.
  2. Operaatori Koodi Genereerimine: Kasutage Operator SDK-d esialgse operaatori koodi genereerimiseks, mis põhineb teie CRD-l. See loob vajalikud kontrollerid ja ressursidefinitsioonid.
  3. Sünkroniseerimisloogika Implementeerimine: Implementeerige sünkroniseerimisloogika, mis võrdleb soovitud olekut (defineeritud kohandatud ressursis) tegeliku olekuga ja võtab meetmeid nende vastavusse viimiseks. See on teie operaatori funktsionaalsuse tuum.
  4. Operaatori Ehitamine ja Juurutamine: Ehitage operaatori image ja juurutage see oma Kubernetes'i klastrisse.
  5. Testimine ja Iteratsioon: Testige oma operaatorit põhjalikult ja itereerige koodi, et parandada selle funktsionaalsust ja töökindlust.

Illustreerime seda põhinäitega, kasutades Operator Frameworki. Oletame, et soovite luua operaatori, mis haldab lihtsat `Memcached`i juurutust.

1. CRD Määratlemine:

Looge `memcached.yaml` fail järgmise CRD definitsiooniga:


apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: memcacheds.cache.example.com
spec:
  group: cache.example.com
  versions:
    - name: v1alpha1
      served: true
      storage: true
      schema:
        openAPIV3Schema:
          type: object
          properties:
            spec:
              type: object
              properties:
                size:
                  type: integer
                  description: Suurus on Memcached'i eksemplaride arv
              required: ["size"]
  scope: Namespaced
  names:
    plural: memcacheds
    singular: memcached
    kind: Memcached
    shortNames: ["mc"]

See CRD defineerib `Memcached` ressursi `size` väljaga, mis määrab käivitatavate Memcached'i eksemplaride arvu.

2. Operaatori Koodi Genereerimine:

Kasutage Operator SDK-d esialgse operaatori koodi genereerimiseks:


operator-sdk init --domain=example.com --repo=github.com/example/memcached-operator
operator-sdk create api --group=cache --version=v1alpha1 --kind=Memcached --resource --controller

See genereerib teie operaatori jaoks vajalikud failid ja kataloogid, sealhulgas kontrolleri koodi ja ressursidefinitsioonid.

3. Sünkroniseerimisloogika Implementeerimine:

Redigeerige `controllers/memcached_controller.go` faili, et implementeerida sünkroniseerimisloogika. See funktsioon loob, värskendab või kustutab Memcached'i juurutusi vastavalt `Memcached` ressursis määratletud soovitud olekule.


func (r *MemcachedReconciler) Reconcile(ctx context.Context, req ctrl.Request) (ctrl.Result, error) {
	log := r.Log.WithValues("memcached", req.NamespacedName)

	// Tõmba Memcached'i eksemplar
	memcached := &cachev1alpha1.Memcached{}
	err := r.Get(ctx, req.NamespacedName, memcached)
	if err != nil {
		if errors.IsNotFound(err) {
			// Päringu objekti ei leitud, see võis olla kustutatud pärast sünkroniseerimispäringut.
			// Omatud objektid kogutakse automaatselt prügikogujaga. Täiendava puhastusloogika jaoks kasutage finaliseerijaid.
			// Tagasta ja ära lisa uuesti järjekorda
			log.Info("Memcached'i ressurssi ei leitud. Ignoreerin, kuna objekt peab olema kustutatud")
			return ctrl.Result{}, nil
		}
		// Objekti lugemisel tekkis viga - lisa päring uuesti järjekorda.
		log.Error(err, "Memcached'i hankimine ebaõnnestus")
		return ctrl.Result{}, err
	}

	// Defineeri uus Deployment'i objekt
	deployment := &appsv1.Deployment{
		ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
			Name:      memcached.Name,
			Namespace: memcached.Namespace,
		},
		Spec: appsv1.DeploymentSpec{
			Replicas: &memcached.Spec.Size,
			Selector: &metav1.LabelSelector{
				MatchLabels: map[string]string{
					"app": memcached.Name,
				},
			},
			Template: corev1.PodTemplateSpec{
				ObjectMeta: metav1.ObjectMeta{
					Labels: map[string]string{
						"app": memcached.Name,
					},
				},
				Spec: corev1.PodSpec{
					Containers: []corev1.Container{
						{
							Name:  "memcached",
							Image: "memcached:1.6.17-alpine",
							Ports: []corev1.ContainerPort{
								{
									ContainerPort: 11211,
								},
							},
						},
					},
				},
			},
		},
	}

	// Määra Memcached'i eksemplar omanikuks ja kontrolleriks
	if err := ctrl.SetControllerReference(memcached, deployment, r.Scheme);
		err != nil {
			log.Error(err, "Kontrolleri viite seadistamine ebaõnnestus")
			return ctrl.Result{}, err
	}

	// Kontrolli, kas see Deployment juba eksisteerib
	found := &appsv1.Deployment{}
	err = r.Get(ctx, types.NamespacedName{
		Name:      deployment.Name,
		Namespace: deployment.Namespace,
	}, found)
	if err != nil && errors.IsNotFound(err) {
		log.Info("Uue Deployment'i loomine", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
		err = r.Create(ctx, deployment)
		if err != nil {
			log.Error(err, "Uue Deployment'i loomine ebaõnnestus", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
			return ctrl.Result{}, err
		}

		// Deployment loodi edukalt - tagasta ja lisa uuesti järjekorda
		return ctrl.Result{Requeue: true}, nil
	} else if err != nil {
		log.Error(err, "Deployment'i hankimine ebaõnnestus")
		return ctrl.Result{}, err
	}

	// Veendu, et juurutuse suurus on sama, mis spetsifikatsioonis
	size := memcached.Spec.Size
	if *found.Spec.Replicas != size {
		log.Info("Deployment'i värskendamine", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
		found.Spec.Replicas = &size
		err = r.Update(ctx, found)
		if err != nil {
			log.Error(err, "Deployment'i värskendamine ebaõnnestus", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
			return ctrl.Result{}, err
		}
		// Spetsifikatsiooni värskendati - tagasta ja lisa uuesti järjekorda
		return ctrl.Result{Requeue: true}, nil
	}

	// Deployment juba eksisteerib - ära lisa uuesti järjekorda
	log.Info("Jäta sünkroniseerimine vahele: Deployment juba eksisteerib", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
	return ctrl.Result{}, nil
}

See näide on sünkroniseerimisloogika väga lihtsustatud versioon. Tootmisvalmis operaator vajaks robustsemat veakäsitlust, logimist ja konfigureerimisvõimalusi.

4. Operaatori Ehitamine ja Juurutamine:

Ehitage operaatori image ja juurutage see oma Kubernetes'i klastrisse, kasutades käsku `make deploy`.

5. Memcached'i Ressursi Loomine:

Looge `memcached-instance.yaml` fail järgmise sisuga:


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

Rakendage see fail oma klastris käsuga `kubectl apply -f memcached-instance.yaml`.

Operaator loob nüüd Deployment'i 3 Memcached'i eksemplariga.

Kubernetes'i Operaatorite Arendamise Parimad Praktikad

Tõhusate Kubernetes'i operaatorite arendamine nõuab hoolikat planeerimist ja teostust. Siin on mõned parimad praktikad, mida meeles pidada:

Reaalse Maailma Näited Kubernetes'i Operaatoritest

Paljud organisatsioonid kasutavad Kubernetes'i operaatoreid keerukate rakenduste haldamiseks tootmises. Siin on mõned näited:

Need on vaid mõned näited paljudest saadaolevatest Kubernetes'i operaatoritest. Kubernetes'i kasutuselevõtu jätkudes võime oodata veelgi rohkemate operaatorite ilmumist, mis lihtsustavad üha laiemat valikut rakendusi.

Turvakaalutlused Kubernetes'i Operaatorite Puhul

Kubernetes'i operaatorid, nagu iga Kubernetes'i klastris töötav rakendus, nõuavad hoolikaid turvakaalutlusi. Kuna operaatoritel on sageli kõrgendatud õigused klastri ressursside haldamiseks, on ülioluline rakendada asjakohaseid turvameetmeid volitamata juurdepääsu ja pahatahtliku tegevuse vältimiseks.

Siin on mõned peamised turvakaalutlused Kubernetes'i operaatorite jaoks:

Nende turvameetmete rakendamisega saate oluliselt vähendada turvarikkumiste riski ja kaitsta oma Kubernetes'i operaatoreid pahatahtliku tegevuse eest.

Kubernetes'i Operaatorite Tulevik

Kubernetes'i operaatorid arenevad kiiresti ja muutuvad üha olulisemaks osaks Kubernetes'i ökosüsteemist. Kubernetes'i kasutuselevõtu jätkudes võime oodata veelgi rohkem innovatsiooni operaatorite valdkonnas.

Siin on mõned suundumused, mis kujundavad Kubernetes'i operaatorite tulevikku:

Kokkuvõte

Kubernetes'i operaatorid pakuvad võimsa viisi keerukate rakenduste haldamise automatiseerimiseks ja Kubernetes'i võimekuse laiendamiseks. Defineerides kohandatud ressursse ja implementeerides kohandatud kontrollereid, võimaldavad operaatorid teil hallata rakendusi deklaratiivsel, automatiseeritud ja korrataval viisil. Kubernetes'i kasutuselevõtu jätkudes muutuvad operaatorid pilvepõhises maastikus üha olulisemaks.

Kubernetes'i operaatoreid kasutusele võttes saavad organisatsioonid lihtsustada rakenduste haldamist, vähendada operatiivkulusid ning parandada oma rakenduste üldist töökindlust ja skaleeritavust. Olgu tegemist andmebaaside, monitooringusüsteemide või muude keerukate rakenduste haldamisega, Kubernetes'i operaatorid aitavad teil oma toiminguid sujuvamaks muuta ja Kubernetes'i täielikku potentsiaali avada.

See on arenev valdkond, seega on viimaste arengute ja parimate praktikatega kursis püsimine ülioluline Kubernetes'i operaatorite tõhusaks rakendamiseks teie organisatsioonis. Operaatorite kogukond on elav ja toetav, pakkudes hulgaliselt ressursse ja teadmisi, mis aitavad teil edu saavutada.