Operator与CRD

Operator不应当被称作是一种工具或者系统，它应该算是一种封装、部署和管理 Kubernetes 应用的方法，尤其是针对最复杂的有状态应用去封装运维能力的解决方案，最早由 CoreOS 公司（于 2018 年被 RedHat 收购）的华人程序员邓洪超所提出。

Operator 将简洁的高级指令转化为 Kubernetes 中具体操作的方法， Helm 或者 Kustomize 的思路并不相同。Helm 和 Kustomize 最终仍然是依靠 Kubernetes 的内置资源来跟 Kubernetes 打交道的，Operator 则是要求开发者自己实现一个专门针对该自定义资源的控制器，在控制器中维护自定义资源的期望状态。通过程序编码来扩展 Kubernetes，比只通过内置资源来与 Kubernetes 打交道要灵活得多，譬如当需要更新集群中某个 Pod 对象的时候，由 Operator 开发者自己编码实现的控制器完全可以在原地对 Pod 进行重启，而无需像 Deployment 那样必须先删除旧 Pod，然后再创建新 Pod。

1、基本概念

• CRD (Custom Resource Definition): 允许用户自定义 Kubernetes 资源，是一个类型（和 Pod、service 类似）；包括可指定的名称和模式，无需任何编程。Kubernetes API提供和处理自定义资源的存储

• CR (Custom Resourse): CRD 的一个具体实例；
  自定义资源：扩展Kubernetes API或允许将自定义API引入kubernetes集群的对象
  自定义控制器：以新的方式处理内置的Kubernetes对象，如Deployment、Service等，或管理自定义资源，如同管理本机Kubernetes组件

• Operator模式（适用于CRD和自定义控制器controller）：Operator基于Kubernetes资源和控制器增加了允许Operator执行常见应用程序任务的配置。

Kubernetes 1.7之后，提供了CRD（CustomResourceDefinitions）自定义资源的二次开发能力来扩展kubernetes API，通过此扩展可以向kubernetes API中增加新的资源类型，会比修改kubernetes apiserver的源代码或创建自定义的apiserver来的更加的简洁和容易。**用于统一部署/编排多个内置K8S资源（pod,service等），**熟练掌握 CRD 是成为 Kubernetes 高级玩家的必备技能。

1.2 创建crd

当你创建一个新的CustomResourceDefinition (CRD)时，Kubernetes API服务器将为你指定的每个版本创建一个新的RESTful资源路径，我们可以根据该api路径来创建一些我们自己定义的类型资源。

CRD可以是命名空间的，也可以是集群范围的，由CRD的作用域(scpoe)字段中所指定的，与现有的内置对象一样，删除名称空间将删除该名称空间中的所有自定义对象。customresourcedefinition本身没有名称空间，所有名称空间都可以使用。

operator与crd实质

k8s的文档中本身没有operator这个词，operator实质是指：用户注册自己自定义的Custom Resource Definition，然后创建对应的资源实例（称为Custom Resource，简称CR），而后通过自己编写Controller来不断地检测当前k8s中所定义的CR的状态，如果状态和预期不一致，则调整。Controller具体做的事就是通过调用k8s api server的客户端，根据比较预期的状态和实际的状态，来对相应的资源进行 增，删，改。

举个例子，deployment中的replica数量是3，意味着pod的数量必须维持在3，多了，就去除，少了，就创建。由于deployment是k8s内置的资源，k8s本身就有内置的controller来维护deployment的状态。如果自己要创建一个新的逻辑，那么就创建新的CRD和controller，来创建和维护对应的deployment，service之类的服务。

为什么需要CRD?

helm也可以做到统一部署/编排deployment,service,ingress，但它缺乏对资源的全生命周期的监控

CRD通过apiserver接口，在etcd中注册一种新的资源类型，此后就可以创建对应的资源对象&并监控它们的状态&执行相关动作，

https://zhuanlan.zhihu.com/p/423735403

因为k8s内置的对象对于高端玩家不够使
一个典型的例子就是一键化部署prometheus套件的kube-prometheus
如果我们自己在k8s中部署prometheus全家桶，需要写的yaml很多，而且分片等也要自己实现，那么这个项目刚好使用了k8s的 crd封装了serviceMonitor对象
kube-prometheus请看kube-prometheus和prometheus-operator教程之实战和原理介绍

k8s deployment controller

比如kube-controller-manager中的deployment控制器，在初始化的时候就会传入要监听 Deployments、ReplicaSets和pod三个informer对象
首先list一下对象到本地缓存，同时watch对象的变更，等于增量更新

func startDeploymentController(ctx ControllerContext) (controller.Interface, bool, error) {
    dc, err := deployment.NewDeploymentController(
        ctx.InformerFactory.Apps().V1().Deployments(),
        ctx.InformerFactory.Apps().V1().ReplicaSets(),
        ctx.InformerFactory.Core().V1().Pods(),
        ctx.ClientBuilder.ClientOrDie("deployment-controller"),
    )
    if err != nil {
        return nil, true, fmt.Errorf("error creating Deployment controller: %v", err)
    }
    go dc.Run(int(ctx.ComponentConfig.DeploymentController.ConcurrentDeploymentSyncs), ctx.Stop)
    return nil, true, nil
}

然后内部会做sync其实就是Reconcile loop，即调谐循环
说白了就是对比对象的 actualState 和expectState的差异，执行对应的增删操作 比如deployment中的扩缩容操作

阿里云k8s日志采集 crd AliyunLogConfig

K8S内部会注册自定义资源（CRD，CustomResourceDefinition）AliyunLogConfig，并部署alibaba-log-controller

⚡ kubectl get AliyunLogConfig -n kube-system
NAME                                                               AGE
k8s-nginx-ingress                                                  112d
security-inspector-polaris-log-c9f3e93dda54e4407ac5ad01b9a910e9a   112d

 kubectl get AliyunLogConfig k8s-nginx-ingress -o yaml -n kube-system
apiVersion: log.alibabacloud.com/v1alpha1
kind: AliyunLogConfig
metadata:
  creationTimestamp: "2022-05-20T11:34:26Z"
  generation: 2
  name: k8s-nginx-ingress
  namespace: kube-system
  resourceVersion: "1809"
  uid: 946a3743-b1c2-4313-a91a-a0865c8085dc
spec:
  extenions: ""
  lifeCycle: null
  logstore: nginx-ingress
  logtailConfig:
    configName: k8s-nginx-ingress
    inputDetail:
      plugin:
        inputs:
        - detail:
            IncludeLabel:
              io.kubernetes.container.name: nginx-ingress-controller
            Stderr: false
            Stdout: true
          type: service_docker_stdout
        processors:
        - detail:
            KeepSource: false
            Keys:
            - client_ip
            - x_forward_for
            - remote_user
            - time
            - method
            - url
            - version
            - status
            - body_bytes_sent
            - http_referer
            - http_user_agent
            - request_length
            - request_time
            - proxy_upstream_name
            - upstream_addr
            - upstream_response_length
            - upstream_response_time
            - upstream_status
            - req_id
            - host
            NoKeyError: true
            NoMatchError: true
            Regex: ^(\S+)\s-\s\[([^]]+)]\s-\s(\S+)\s\[(\S+)\s\S+\s"(\w+)\s(\S+)\s([^"]+)"\s(\d+)\s(\d+)\s"([^"]*)"\s"([^"]*)"\s(\S+)\s(\S+)+\s\[([^]]*)]\s(\S+)\s(\S+)\s(\S+)\s(\S+)\s(\S+)\s*(\S*).*
            SourceKey: content
          type: processor_regex
    inputType: plugin
  machineGroups: null
  productCode: k8s-nginx-ingress
  productLanguage: ""
  project: ""
  shardCount: null
status:
  status: OK
  statusCode: 200

在k8s上创建资源的过程

用户创建一个资源，实际上是把k8s抽象的资源根据资源清单（yaml文件）做实例化。具体过程如下：

（1）用户的资源请求发送给apiserver，通过apiserver的认证、授权、准入控制以后，通过apiserver把对应的资源定义信息存放在etcd中；

（2）对应资源类型的控制器一般被称为 controller或operator，===controller通过watch机制监听apiserver上的资源变动，通过对应资源变动事件触发对应类型资源的控制器从etcd中读取对应资源的定义，并将对应资源创建出来，并通过控制器内部的和解循环（control loop）监控着对应资源状态是否和用户定义的期望状态一样；===如果发现不一样，内部和解循环就会被触发，对应的控制器会向apiserver发起创建资源的请求，将对应资源重建，让对应资源的状态始终满足用户期望的状态。

对于etcd来说，它是就一个kv数据库，可以存储任意类型的kv数据，但在k8s上，apiserver将不同类型的资源定义抽象成不同的资源，使得用户创建对应资源必须是满足对应类型资源定义的规范，然后将资源定义存放在etcd中。简单讲就是存入etcd中的数据必须是满足对应apiserver接口定义的规范。

k8s扩展资源类型的方式

在k8s上扩展资源类型的方式有三种：

• 第一种是CRD，crd是k8s内置的资源类型，通过crd资源可以将用户自定义资源类型转换为k8s上资源类型；
• 第二种是自定义apiserver，这种方式是复用 Kubernetes 的一些特性的同时，自由度最高的方式。可以自定义存储等，同时保有一定程度的公共特性。Cloud TiDB 的实现就是通过自定义 API server 进行的；
• 第三种方式就是修改现有k8s apiserver的源码，让其支持对应用户自定义资源类型；

另外，进行自定义资源类型，只能把对应资源类型的定义信息写入到etcd中，不能让对应自定义类型资源实例化为一个自定义资源对象，它不能真正的跑起来，要想真正的跑起来，我们还需要一个自定义控制器，将对应资源实例化为k8s上的资源对象，并专门负责监听对应的资源类型的资源变化。

因此需要（1）自定义资源类型CRD；+（2）对应自定义资源类型的控制器controller；

controller的作用是通过API Server提供的接口实时的对指定的resource进行监听和执行的动作(watch,diff,action)。

备注：
k8s api = k8s资源 = pod、service、PV等

5种控制器类型：Deployment；StatefulSet；DaemonSet；Job；CronJob

crd和operator的区别：

所有的Operator都是基于Controller模式，Operator是使用CRD实现的定制化的Controller. 它与内置K8S Controller遵循同样的运行模式(比如 watch, diff, action)；

operator的逻辑也是创建一个crd资源,再创建一个控制器。

即Kubernetes CRD Operator = kubernetes CRD+ custom controller

开发自己的k8s的controller的好处是什么？

现在一般部署k8s上自家的代码，几乎都是stateless，也就是说，对应的pod崩了之后，在重启一个就行，吞吐上不来的时候，横向增加pod数量就行。但是如果代码的逻辑需要维护一个状态（比如当前消息读取的offset），怎么办？pod崩了之后，如何恢复状态？可以上wal，上zookeeper，甚至k8s自身的etcd，如何自动化这部分“恢复的逻辑”？就是controller可以做的事儿，其实你用ansible等脚本也可以做，只是operator给你提供了一个开发友好的方式。你可以测试，部署，发布，一切都用go写，而不是在脚本里挣扎。还有就是用go自己写如何扩展伸缩。

这个Controller可以运行在k8s集群里，也可以是另外一个地方，本质就是一个使用了k8s客户端的小程序。

这里的开发逻辑是基于pull，而不是push，也就是说k8s的api server不会主动的发送事件给controller，而是k8s的go的client不断地‘拉’消息来获取最新的集群状态。这个‘拉’的方式的效率低，需要不断地get状态，这个肯定被考虑了，go的client内置就有一个队列来缓存事件消息，controller的逻辑就只需从队列中取消息处理即可。

k8s设计模式

https://zhuanlan.zhihu.com/p/94233354

k8s Prometheus Operator 架构：

Prometheus Operator 的目标是尽可能简化在 Kubernetes 中部署和维护 Prometheus 的工作。其架构如下图所示：

1)、Operator：
Operator 即 Prometheus Operator，在 Kubernetes 中以 Deployment 运行。其职责是部署和管理 Prometheus Server，根据 ServiceMonitor 动态更新 Prometheus Server 的监控对象，这里的ServiceMonitor资源对象就是指一个需要监控的目标对象在Prometheus中的配置信息。operator会根据Kubernetes标签查询自动生成监控目标配置;不需要学习普罗米修斯特有的配置语言。(operator就是一个将应用的操作性知识以软件的形式表现出来，通过基于K8s的Resources 和 Controllers来创建、配置、管理有状态的pod，使有状态的应用在k8s中得到简化的运用)

2)、Prometheus Server：
Prometheus Server 会作为 Kubernetes 应用部署到集群中。为了更好地在 Kubernetes 中管理 Prometheus，CoreOS 的开发人员专门定义了一个命名为 Prometheus 类型的 Kubernetes 定制化资源。我们可以把 Prometheus 看作是一种特殊的 Deployment，它的用途就是专门部署 Prometheus Server。Prometheus的配置是通过yaml文件中serviceMonitorSelector标签来选择ServiceMonitor资源对象来自动创建配置，其告警规则文件是通过一个独立的prometheus-rules.yaml文件来创建一个“PrometheusRule”自定义的资源对象。

3)、Service：
这里的 Service 就是 Cluster 中的 Service 资源，也是 Prometheus 要监控的对象，在 Prometheus中叫做 Target。每个监控对象都有一个对应的 Service。比如要监控 Kubernetes Scheduler，就得有一个与 Scheduler 对应的 Service。当然，Kubernetes 集群默认是没有这个 Service 的，Prometheus Operator 会负责创建。

4)、ServiceMonitor：
Operator 能够动态更新 Prometheus 的 Target 列表，ServiceMonitor 就是 Target 的抽象。比如想监控 Kubernetes Scheduler，用户可以创建一个与 Scheduler Service 相对应的 ServiceMonitor对象。Operator 则会发现这个新的 ServiceMonitor，并将 Scheduler 的 Target 添加到 Prometheus 的监控列表中。ServiceMonitor 也是 Prometheus Operator 专门开发的一种 Kubernetes 定制化资源类型。

5)、Alertmanager：
除了 Prometheus 和 ServiceMonitor，Alertmanager 是 Operator 开发的第三种 Kubernetes 定制化资源。我们可以把 Alertmanager 看作是一种特殊的 Deployment，它的用途就是专门部署 Alertmanager 组件。。

https://kubernetes.io/docs/tasks/extend-kubernetes/custom-resources/custom-resource-definitions/