Suomi

Syväsukellus Kubernetes-operaattoreihin, jotka yksinkertaistavat ja automatisoivat monimutkaisten sovellusten ja mukautettujen resurssien hallintaa. Opi rakentamaan ja ottamaan käyttöön omia operaattoreita.

Kubernetes-operaattorit: Mukautettujen resurssien hallinnan automatisointi

Kubernetes on mullistanut tavan, jolla otamme käyttöön ja hallitsemme sovelluksia. Monimutkaisten, tilallisten sovellusten hallinta voi kuitenkin edelleen olla haastavaa. Tässä kohtaa Kubernetes-operaattorit astuvat kuvaan, tarjoten tehokkaan tavan automatisoida sovellusten hallintaa ja laajentaa Kubernetesin ominaisuuksia.

Mitä ovat Kubernetes-operaattorit?

Kubernetes-operaattori on sovelluskohtainen kontrolleri, joka laajentaa Kubernetes API:a monimutkaisten sovellusten hallintaan. Ajattele sitä automatisoituna järjestelmänvalvojana, joka on räätälöity tietylle sovellukselle. Operaattorit kapseloivat tietyn sovelluksen operointiin liittyvän osaamisen, mikä mahdollistaa sen hallinnan deklaratiivisella, automatisoidulla ja toistettavalla tavalla.

Toisin kuin perinteiset Kubernetes-kontrollerit, jotka hallitsevat ydinresursseja kuten podeja ja palveluita, operaattorit hallitsevat mukautettuja resursseja, jotka määritellään Custom Resource Definitionien (CRD) kautta. Tämä mahdollistaa omien sovelluskohtaisten resurssien määrittelyn ja niiden automaattisen hallinnan Kubernetesin avulla.

Miksi käyttää Kubernetes-operaattoreita?

Operaattorit tarjoavat useita keskeisiä etuja monimutkaisten sovellusten hallintaan:

Custom Resource Definitionien (CRD) ymmärtäminen

Custom Resource Definitionit (CRD) ovat Kubernetes-operaattoreiden perusta. CRD:t mahdollistavat Kubernetes API:n laajentamisen määrittelemällä omia mukautettuja resurssityyppejä. Näitä resursseja kohdellaan kuten mitä tahansa muita Kubernetes-resursseja, kuten podeja tai palveluita, ja niitä voidaan hallita `kubectl`:lla ja muilla Kubernetes-työkaluilla.

Näin CRD:t toimivat:

  1. Määrittelet CRD:n, joka määrittää mukautetun resurssisi skeeman ja validointisäännöt.
  2. Otata CRD:n käyttöön Kubernetes-klusterissasi.
  3. Luot mukautetun resurssisi instansseja määrittämällä halutun konfiguraation.
  4. Operaattori tarkkailee näiden mukautettujen resurssien muutoksia ja ryhtyy toimiin sovittaakseen halutun tilan todelliseen tilaan.

Oletetaan esimerkiksi, että haluat hallita tietokantasovellusta operaattorin avulla. Voisit määrittää CRD:n nimeltä `Database`, jolla on kentät kuten `name`, `version`, `storageSize` ja `replicas`. Operaattori tarkkailisi sitten `Database`-resurssien muutoksia ja loisi tai päivittäisi taustalla olevia tietokantainstansseja vastaavasti.

Miten Kubernetes-operaattorit toimivat

Kubernetes-operaattorit toimivat yhdistämällä Custom Resource Definitionit (CRD) ja mukautetut kontrollerit. Kontrolleri tarkkailee mukautettujen resurssien muutoksia ja ryhtyy toimiin sovittaakseen halutun tilan todelliseen tilaan. Tämä prosessi sisältää tyypillisesti seuraavat vaiheet:

  1. Tapahtumien tarkkailu: Operaattori tarkkailee mukautettuihin resursseihin liittyviä tapahtumia, kuten luomista, poistamista tai päivityksiä.
  2. Tilan sovittaminen: Kun tapahtuma ilmenee, operaattori sovittaa sovelluksen tilan. Tämä tarkoittaa halutun tilan (määritelty mukautetussa resurssissa) vertaamista todelliseen tilaan ja toimenpiteiden suorittamista niiden yhdenmukaistamiseksi.
  3. Resurssien hallinta: Operaattori luo, päivittää tai poistaa Kubernetes-resursseja (podit, palvelut, deploymentit jne.) saavuttaakseen halutun tilan.
  4. Virheiden käsittely: Operaattori käsittelee virheet ja yrittää epäonnistuneita operaatioita uudelleen varmistaakseen, että sovellus pysyy johdonmukaisessa tilassa.
  5. Palaute: Operaattori antaa palautetta sovelluksen tilasta, kuten kuntotarkistuksista ja resurssien käytöstä.

Sovittelusilmukka (reconcile loop) on operaattorin logiikan ydin. Se valvoo jatkuvasti sovelluksen tilaa ja ryhtyy toimiin halutun tilan ylläpitämiseksi. Tämä silmukka toteutetaan tyypillisesti sovittelufunktiolla, joka suorittaa tarvittavat operaatiot.

Oman Kubernetes-operaattorin rakentaminen

Useat työkalut ja kehykset voivat auttaa sinua rakentamaan Kubernetes-operaattoreita:

Tässä on yksinkertaistettu yleiskatsaus vaiheista, jotka liittyvät operaattorin rakentamiseen Operator Frameworkia käyttäen:

  1. Määritä Custom Resource Definition (CRD): Luo CRD, joka kuvaa sovelluksesi halutun tilan. Tämä määrittelee mukautetun resurssisi skeeman ja validointisäännöt.
  2. Generoi operaattorikoodi: Käytä Operator SDK:ta generoimaan alustava operaattorikoodi CRD:si perusteella. Tämä luo tarvittavat kontrollerit ja resurssimääritykset.
  3. Toteuta sovittelulogiikka: Toteuta sovittelulogiikka, joka vertaa haluttua tilaa (määritelty mukautetussa resurssissa) todelliseen tilaan ja ryhtyy toimiin niiden yhdenmukaistamiseksi. Tämä on operaattorisi toiminnallisuuden ydin.
  4. Rakenna ja ota käyttöön operaattori: Rakenna operaattorin image ja ota se käyttöön Kubernetes-klusterissasi.
  5. Testaa ja iteroi: Testaa operaattorisi perusteellisesti ja iteroi koodia parantaaksesi sen toimivuutta ja luotettavuutta.

Kuvitellaanpa tätä perusesimerkillä käyttäen Operator Frameworkia. Oletetaan, että haluat luoda operaattorin, joka hallitsee yksinkertaista `Memcached`-deploymentia.

1. Määritä CRD:

Luo `memcached.yaml`-tiedosto seuraavalla CRD-määrityksellä:


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: Size is the number of Memcached instances
              required: ["size"]
  scope: Namespaced
  names:
    plural: memcacheds
    singular: memcached
    kind: Memcached
    shortNames: ["mc"]

Tämä CRD määrittelee `Memcached`-resurssin, jossa on `size`-kenttä, joka määrittää ajettavien Memcached-instanssien lukumäärän.

2. Generoi operaattorikoodi:

Käytä Operator SDK:ta generoimaan alustava operaattorikoodi:


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

Tämä generoi tarvittavat tiedostot ja hakemistot operaattorillesi, mukaan lukien kontrollerikoodin ja resurssimääritykset.

3. Toteuta sovittelulogiikka:

Muokkaa `controllers/memcached_controller.go`-tiedostoa toteuttaaksesi sovittelulogiikan. Tämä funktio luo, päivittää tai poistaa Memcached-deploymentteja `Memcached`-resurssissa määritellyn halutun tilan perusteella.


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

	// Fetch the Memcached instance
	memcached := &cachev1alpha1.Memcached{}
	err := r.Get(ctx, req.NamespacedName, memcached)
	if err != nil {
		if errors.IsNotFound(err) {
			// Request object not found, could have been deleted after reconcile request.
			// Owned objects are automatically garbage collected. For additional cleanup logic use finalizers.
			// Return and don't requeue
			log.Info("Memcached resource not found. Ignoring since object must be deleted")
			return ctrl.Result{}, nil
		}
		// Error reading the object - requeue the request.
		log.Error(err, "Failed to get Memcached")
		return ctrl.Result{}, err
	}

	// Define a new Deployment object
	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,
								},
							},
						},
					},
				},
			},
		},
	}

	// Set Memcached instance as the owner and controller
	if err := ctrl.SetControllerReference(memcached, deployment, r.Scheme);
		err != nil {
			log.Error(err, "Failed to set controller reference")
			return ctrl.Result{}, err
	}

	// Check if this Deployment already exists
	found := &appsv1.Deployment{}
	err = r.Get(ctx, types.NamespacedName{
		Name:      deployment.Name,
		Namespace: deployment.Namespace,
	}, found)
	if err != nil && errors.IsNotFound(err) {
		log.Info("Creating a new Deployment", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
		err = r.Create(ctx, deployment)
		if err != nil {
			log.Error(err, "Failed to create new Deployment", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
			return ctrl.Result{}, err
		}

		// Deployment created successfully - return and requeue
		return ctrl.Result{Requeue: true}, nil
	} else if err != nil {
		log.Error(err, "Failed to get Deployment")
		return ctrl.Result{}, err
	}

	// Ensure the deployment size is the same as the spec
	size := memcached.Spec.Size
	if *found.Spec.Replicas != size {
		log.Info("Updating Deployment", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
		found.Spec.Replicas = &size
		err = r.Update(ctx, found)
		if err != nil {
			log.Error(err, "Failed to update Deployment", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
			return ctrl.Result{}, err
		}
		// Spec updated - return and requeue
		return ctrl.Result{Requeue: true}, nil
	}

	// Deployment already exists - don't requeue
	log.Info("Skip reconcile: Deployment already exists", "Deployment.Namespace", deployment.Namespace, "Deployment.Name", deployment.Name)
	return ctrl.Result{}, nil
}

Tämä esimerkki on hyvin yksinkertaistettu versio sovittelulogiikasta. Tuotantovalmis operaattori tarvitsisi vankemman virheenkäsittelyn, lokituksen ja konfigurointivaihtoehdot.

4. Rakenna ja ota käyttöön operaattori:

Rakenna operaattorin image ja ota se käyttöön Kubernetes-klusterissasi komennolla `make deploy`.

5. Luo Memcached-resurssi:

Luo `memcached-instance.yaml`-tiedosto seuraavalla sisällöllä:


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

Ota tämä tiedosto käyttöön klusterissasi komennolla `kubectl apply -f memcached-instance.yaml`.

Operaattori luo nyt Deploymentin, jossa on 3 Memcached-instanssia.

Parhaat käytännöt Kubernetes-operaattoreiden kehittämiseen

Tehokkaiden Kubernetes-operaattoreiden kehittäminen vaatii huolellista suunnittelua ja toteutusta. Tässä on joitakin parhaita käytäntöjä, jotka kannattaa pitää mielessä:

Tosielämän esimerkkejä Kubernetes-operaattoreista

Monet organisaatiot käyttävät Kubernetes-operaattoreita monimutkaisten sovellusten hallintaan tuotannossa. Tässä on muutamia esimerkkejä:

Nämä ovat vain muutamia esimerkkejä monista saatavilla olevista Kubernetes-operaattoreista. Kubernetesin yleistymisen jatkuessa voimme odottaa näkevämme yhä enemmän operaattoreita, jotka yksinkertaistavat yhä laajemman sovellusvalikoiman hallintaa.

Kubernetes-operaattoreiden tietoturvanäkökohdat

Kubernetes-operaattorit, kuten mikä tahansa Kubernetes-klusterissa toimiva sovellus, vaativat huolellisia tietoturvatoimia. Koska operaattoreilla on usein korotetut oikeudet klusterin resurssien hallintaan, on ratkaisevan tärkeää toteuttaa asianmukaiset turvatoimet luvattoman pääsyn ja haitallisen toiminnan estämiseksi.

Tässä on joitakin keskeisiä tietoturvanäkökohtia Kubernetes-operaattoreille:

Toteuttamalla nämä turvatoimet voit merkittävästi vähentää tietoturvaloukkausten riskiä ja suojata Kubernetes-operaattoreitasi haitalliselta toiminnalta.

Kubernetes-operaattoreiden tulevaisuus

Kubernetes-operaattorit kehittyvät nopeasti ja niistä on tulossa yhä tärkeämpi osa Kubernetes-ekosysteemiä. Kubernetesin käyttöönoton jatkaessa kasvuaan voimme odottaa näkevämme entistä enemmän innovaatioita operaattoreiden saralla.

Tässä on joitakin trendejä, jotka muovaavat Kubernetes-operaattoreiden tulevaisuutta:

Yhteenveto

Kubernetes-operaattorit tarjoavat tehokkaan tavan automatisoida monimutkaisten sovellusten hallintaa ja laajentaa Kubernetesin ominaisuuksia. Määrittelemällä mukautettuja resursseja ja toteuttamalla mukautettuja kontrolleireita, operaattorit mahdollistavat sovellusten hallinnan deklaratiivisella, automatisoidulla ja toistettavalla tavalla. Kubernetesin käyttöönoton jatkaessa kasvuaan operaattoreista tulee yhä tärkeämpi osa pilvinatiivia maisemaa.

Omaksumalla Kubernetes-operaattorit organisaatiot voivat yksinkertaistaa sovellusten hallintaa, vähentää operatiivista kuormaa ja parantaa sovellustensa yleistä luotettavuutta ja skaalautuvuutta. Hallitsitpa sitten tietokantoja, valvontajärjestelmiä tai muita monimutkaisia sovelluksia, Kubernetes-operaattorit voivat auttaa sinua tehostamaan toimintojasi ja vapauttamaan Kubernetesin koko potentiaalin.

Tämä on kehittyvä ala, joten ajan tasalla pysyminen uusimpien kehityskulkujen ja parhaiden käytäntöjen kanssa on ratkaisevan tärkeää, jotta Kubernetes-operaattoreita voidaan hyödyntää tehokkaasti organisaatiossasi. Operaattoreiden ympärillä oleva yhteisö on elinvoimainen ja tukeva, tarjoten runsaasti resursseja ja asiantuntemusta onnistumisesi tueksi.