【K8s】Kubernetes CR、CRD 介绍(控制器)

女爷i 2024-02-05 13:19 197阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  CRD 概述
 *  1. 操作CRD
 *   *  1.1 创建 CRD
     *  1.2 操作 CRD
 *  2. 其他笔记
 *   *  2.1 Kubectl 发现机制
     *  2.2 校验 CR
     *  2.3 简称和属性
 *  3. 架构设计
 *   *  3.1 控制器概览
 *  参考

## CRD 概述 ##

CR（Custom Resource）其实就是在 Kubernetes 中定义一个自己的资源类型，是一个具体的 “自定义 API 资源” 实例，为了能够让 Kubernetes 认识这个 CR，就需要让 Kubernetes 明白这个 CR 的宏观定义是什么，也就是需要创建所谓的 CRD（Custom Resource Definition）来表述。

![在这里插入图片描述][fe454008f0094de59551f06b2609aeb6.png]  
可能这么说并不是太直观，换个方式表达一下，我们想要创建一个 Pod 的时候，那么会编写一个 YAML 配置，然后前两行一般会这么写：

[root@liqiang.io]# head -2 pod.yaml
     
    apiVersion: v1
     
    kind: Pod

这里的 Resource 就是 Pod，我们可以它通过在 Kubernetes 中创建一个真实的 Pod，但是这个 Pod 要运行哪些 Container？这些 Container 我们要怎么在 pod.yaml 中定义，这个要怎么知道呢？这就需要有个描述文件用来定义 Pod 这个 Resource 需要具有哪些属性，这些属性的类型是什么，结构是怎样的，这个描述文件就是所谓的 CRD。

> CR 是 Custom Resource 的缩写，它实际是 CRD 的一个实例。因此删除的时候，`先删除 全部的的cr，才能删除crd`。

当然，Pod 作为一个内置资源，是没有这种所谓的 CRD 的，这里是作为一个介绍，当我们要创建一个非内置资源的时候，就需要有这么一个叫做 CRD 的描述文件了。

## 1. 操作CRD ##

### 1.1 创建 CRD ###

在 Kubernetes 中，CRD 本身也是一种资源，它是 Kubernetes 内部 apiextensions-apiserver 提供的 API Group：apiextensions.k8s.io/v1，注意，这里是 v1 版本，在 Kubernetes 1.16 版本中，CRD 转正了，成为了正式版本 CRD GA，但是，在 v1.16 之前以及 v1.7 以及之后，都是以 v1beta1 的版本存在，所以在编写的时候注意一下你的 Kubernetes 版本。

自己定义一个 CRD 也需要编写 YAML 文件，这里是我的一个示例，我通过这个 CRD 来定义我的网站 liqiang.io 的管理员的 CR，当我想添加一个管理员的时候，只需要直接添加一个 CR 就可以了：

apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1
    kind: CustomResourceDefinition
    metadata:
      name: admins.admin.liqiang.io
    spec:
      group: admin.liqiang.io
      names:
        kind: Admin
        plural: admins
      scope: Namespaced
      versions:
        - name: v1
          served: true
          storage: true
          schema:
            openAPIV3Schema:
              description: Admin define the admin user for liqiang.io website.
              type: object
              properties:
                spec:
                  type: object
                  properties:
                    username:
                      type: string
                    password:
                      type: string
                    email:
                      type: string

*  apiVersion 就是指 CRD 的一个 apiVersion 声明，声明它是一个 CRD 的需求或者说定义的 Schema。
 *  kind 就是 `CustomResourcesDefinition`，指 CRD。
 *  `metadata.name` 是一个用户自定义资源中自己自定义的一个名字。一般我们建议使用“`顶级域名.xxx.APIGroup`”这样的格式，比如这里就是 admins.admin.liqiang.io，APIGroup对应`spec.group`标签，值为 “admin.liqiang.io” 。
 *  spec 用于指定该 CRD 的 group、version。比如在创建 Pod 或者 Deployment 时，它的 group 可能为 apps/v1 或者 apps/v1beta1 之类，这里我们也同样需要去定义 CRD 的 group。
    
     *  图中的 group 为 admin.liqiang.io；
     *  verison 为 v1alpha1；
     *  names 指的是它的 kind 是什么，比如 Deployment 的 kind 就是 Deployment，Pod 的 kind 就是 Pod，这里的 kind 被定义为了 Foo；
     *  plural 字段就是一个昵称，比如当一些字段或者一些资源的名字比较长时，可以用该字段自定义一些昵称来简化它的长度；
     *  scope 字段表明该 CRD 是否被命名空间管理。比如 ClusterRoleBinding 就是 Cluster 级别的。再比如 Pod、Deployment 可以被创建到不同的命名空间里，那么它们的 scope 就是 Namespaced 的。这里的 CRD 就是 Namespaced 的。

当写完这个 CRD 的描述文件之后，可以直接通过 kubectl apply 00-admin-crd.yaml 在 Kubernetes 集群中注册 CRD 对象。然后 Kubernetes 中的 kube-apiserver 组件中运行的 apiextensions-apiserver 就会检查对应 CRD 的名字是否合法之类的，当一切检查都 OK 之后，那么就会返回给你创建成功的状态了：

[root@liqiang.io]#  kubectl apply -f 00-admin-crd.yaml
    customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/admins.admin.liqiang.io created
    k get crds
    NAME                            CREATED AT
    admins.admin.liqiang.io         2019-11-23T06:52:23Z

内部的流程是这样的：  
![在这里插入图片描述][c22b15948f6049ecaf5e22cc6147c5b8.png]

### 1.2 操作 CRD ###

现在在 Kubernetes 中已经多了一种新的资源叫做 admins.admin.liqiang.io，可以使用它来定义系统的管理员了，这里我就添加一个：  
![在这里插入图片描述][2e1edccb0ff4477595d4c38ee54955a9.png]  
记得，需要 apply 一下：

[root@liqiang.io]# kubectl apply -f 01-admin-cr.yaml 
    admin.admin.liqiang.io/liuliqiang created
    [root@liqiang.io]#  kubectl get admins.admin.liqiang.io 
    NAME         AGE
    liuliqiang   117s

现在就创建成功了。然后，不要了，那就删除掉，删除也是很简单的：

[root@liqiang.io]#  kubectl delete admins.admin.liqiang.io liuliqiang 
    admin.admin.liqiang.io "liuliqiang" deleted
    [root@liqiang.io]#  kubectl get admins.admin.liqiang.io
    No resources found in default namespace.

这个新建和删除 Admin 的过程虽然用得挺简单，但是，事实上，他们除了把 Kubernetes 当作一个 DB 之外，没有太多的实际价值。他们更多的价值体现在我后续介绍的 Controller 和 Operator 之上。所以，管理 CRD 的定义以及使用的基本内容就是这么多了，非常简单。

## 2. 其他笔记 ##

### 2.1 Kubectl 发现机制 ###

在我创建完 CRD 之后，kubectl 会通过 API 服务器的 discovery information 来查找关于新资源的信息，下面展示当使用 kubectl 获取一个 CR 时，内部的流程：  
![在这里插入图片描述][5e596ab01de34a5fada3c2d19db8fa36.png]  
这个过程是通过 discovery RESTMapper 实现的，关于 RESTMapper 我在后面会继续介绍。

### 2.2 校验 CR ###

创建资源的时候，肯定不是任由我们随意得编写 YAML 声明文件，当提交给 Kubernetes 之后，Kubernetes 会对我们提交得声明文件进行校验，从前边 CRD 的定义中可以看到，CRD 是基于 OpenAPI v3 schema 进行的。

![在这里插入图片描述][d5e1e8e4378b499c84e0647691dd0691.png]  
同时也可以看到，这种校验是比较初级的，比较简略的。如果想要实现更加复杂的校验，那么可以通过 Kubernetes 的 admission webhook 来实现，这个在我介绍 Istio 的时候有介绍过，如果没印象，不妨找来看看。

Adminssion webhook 的内部校验流程是这样的：  
![在这里插入图片描述][1e3c52e66f17448bab0d29680cd9786b.png]

### 2.3 简称和属性 ###

当我输入 kubectl api-resources 的时候，可以看到我定义的 CRD 和一些内置的 Resource 还是有一些区别的，例如内置的 Service 有简写： svc，那么 CRD 是否可以有简写，答案是肯定的：  
![在这里插入图片描述][479f0eb940c54ba09b1c1698e702a059.png]  
如果通过`kubectl get all`来列举所有的资源，然后会发现并不会看到自己的 CRD，如果想要让自己的 CRD 对应的 CR 出现在 get all 中，那么可以在 CRD 的声明中加入 categories 属性：  
![在这里插入图片描述][1b8a007ae1644d90a16d61b1d9fb6ae1.png]

## 3. 架构设计 ##

### 3.1 控制器概览 ###

只定义一个 CRD 其实没有什么作用，它只会被 API Server 简单地计入到 etcd 中。如何依据这个 CRD 定义的资源和 Schema 来做一些复杂的操作，则是由 Controller，也就是控制器来实现的。

Controller 其实是 Kubernetes 提供的一种可插拔式的方法来扩展或者控制声明式的 Kubernetes 资源。它是 Kubernetes 的大脑，负责大部分资源的控制操作。以 Deployment 为例，它就是通过 kube-controller-manager 来部署的。

比如说声明一个 Deployment 有 replicas、有 2 个 Pod，那么 kube-controller-manager 在观察 etcd 时接收到了该请求之后，就会去创建两个对应的 Pod 的副本，并且它会去实时地观察着这些 Pod 的状态，如果这些 Pod 发生变化了、回滚了、失败了、重启了等等，它都会去做一些对应的操作。

所以 Controller 才是控制整个 Kubernetes 资源最终表现出来的状态的大脑。

用户声明完成 CRD 之后，也需要创建一个控制器来完成对应的目标。比如之前的 Foo，它希望去创建一个 Deployment，replicas 为 1，这就需要我们创建一个控制器用于创建对应的 Deployment 才能真正实现 CRD 的功能。

控制器工作流程概览

![在这里插入图片描述][f1956ca55a1c444fb77008e5393d9202.png]  
这里以 kube-controller-manager 为例。

如上图所示，左侧是一个 Informer，它的机制就是通过去 watch kube-apiserver，而 kube-apiserver 会去监督所有 etcd 中资源的创建、更新与删除。Informer 主要有两个方法：一个是 ListFunc；一个是 WatchFunc。

*  ListFunc 就是像 “kuberctl get pods” 这类操作，把当前所有的资源都列出来；
 *  WatchFunc 会和 apiserver 建立一个长链接，一旦有一个新的对象提交上去之后，apiserver 就会反向推送回来，告诉 Informer 有一个新的对象创建或者更新等操作。

Informer 接收到了对象的需求之后，就会调用对应的函数（比如图中的三个函数 AddFunc, UpdateFunc 以及 DeleteFunc），并将其按照 key 值的格式放到一个队列中去，key 值的命名规则就是 “namespace/name”，name 就是对应的资源的名字。比如我们刚才所说的在 default 的 namespace 中创建一个 foo 类型的资源，那么它的 key 值就是 “default/example-foo”。Controller 从队列中拿到一个对象之后，就会去做相应的操作。

下图就是控制器的工作流程。  
![在这里插入图片描述][b5e7f5f56f814140920c5bd3f2eb8b4d.png]

首先，通过 `kube-apiserver` 来推送事件，比如 Added, Updated, Deleted；然后进入到 Controller 的 `ListAndWatch()` 循环中；ListAndWatch 中有一个先入先出的队列，在操作的时候就将其 Pop() 出来；然后去找对应的 Handler。Handler 会将其交给对应的函数（比如 Add(), Update(), Delete()）。

一个函数一般会有多个 Worker。多个 Worker 的意思是说比如同时有好几个对象进来，那么这个 Controller 可能会同时启动五个、十个这样的 Worker 来并行地执行，每个 Worker 可以处理不同的对象实例。

工作完成之后，即把对应的对象创建出来之后，就把这个 key 丢掉，代表已经处理完成。如果处理过程中有什么问题，就直接报错，打出一个事件来，再把这个 key 重新放回到队列中，下一个 Worker 就可以接收过来继续进行相同的处理。

## 参考 ##

[Kubernetes CRD 介绍][Kubernetes CRD]  
[从零开始入门 K8s | Kubernetes API 编程范式][K8s _ Kubernetes API]

[fe454008f0094de59551f06b2609aeb6.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/direct/fe454008f0094de59551f06b2609aeb6.png
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[Kubernetes CRD]: https://blog.csdn.net/qq_19734597/article/details/133992537
[K8s _ Kubernetes API]: https://www.sohu.com/a/375364693_100184736