K8s二开必须要懂的核心概念-Operator

Operator 介绍

Kubernetes Operator 是一种软件扩展模式，用于基于自定义资源（Custom Resources）来管理应用程序及其组件。它遵循 Kubernetes 的核心原则，特别是控制循环（Control Loop）机制。

在 Kubernetes 中，用户通常希望通过自动化来处理重复性任务，而 Operator 正是为了在 Kubernetes 提供的基础能力之上，进一步扩展自动化管理的范围。

一句话总结：Operator 的工作核心就是通过 自定义资源（CRD） 和 自定义控制器（Controller） 实现对应用的自动化管理。同时 Operator 是对 K8s 资源（自定义或内置的资源）的扩展编程或者说开发一个资源对象，就像：Pod、Deploy、Service 一样。实现的主要逻辑是在 Controller 部分。

CRD

CRD（Custom Resource Definition）：是 Kubernetes 中扩展 API 的方式，它允许你定义一种新的资源类型，使其看起来就像是 Kubernetes 本身的原生资源（例如 Pods、Services 等）。每个 CRD 都是一个资源类型，它定义了你要管理的应用程序或服务的状态、字段以及控制器的行为。

CRD 对象本身是 Kubernetes 中的一种 API 对象，用于扩展 Kubernetes 的 API，使得你可以创建自定义的资源类型。

Controller

Controller： 控制器是 Kubernetes 中的核心概念之一，它负责不断地检查集群中的资源对象（如 Pod、Service、Deployment 等）是否符合预期状态。Kubernetes 内置的控制器包括 Deployment 控制器、ReplicaSet 控制器等。

k8s 的是一个高度自动化的系统，其中涵盖了常见应用程序所需的大部分功能，比如我们通过 kubectl 命令创建一个 deployment 对象之后，为什么就会有 Pod 创建出来了？

这其实是后台有多个 Controller 在后台工作实现的。比如：

• Deployment Controller 根据 Deployment 创建 ReplicasSet 对象
• ReplicasSet Controller 则根据 ReplicasSet 创建 Pod

K8s 资源标识 GVK&GVR

在 Kubernetes 中，GVK（Group, Version, Kind）和 GVR（Group, Version, Resource）是用于标识和访问 Kubernetes 资源的两个重要概念。

• Group：API 组的名称。例如，apps 组包含 Deployment、StatefulSet 等资源，batch 组包含 Job、CronJob 等资源。

• • 注意；早期的 core 组的资源（如 Pod、Service 等）是没有组名的，默认使用空字符串""。

• Version：API 版本。每个资源在 Kubernetes 中可能会有多个版本（如 v1、v1beta1、v1alpha1 等），每个版本可能会有不同的功能和行为。

• Kind：资源的类型。通常是资源的单数形式，如 Pod、Deployment、Service。

• Resource：资源的名称。通常是复数形式，如 pods、deployments、services

GVK 和 GVR 区别在于：

• GVR 更侧重于资源的实际操作，特别是动态客户端和工具中使用，用于指定和操作特定类型的资源实例。
• GVK 更侧重于资源的定义和描述，特别是在控制器、操作器以及元数据操作中使用，用于唯一标识和处理特定类型的资源。

以下面这个 Deployment 为例：

apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: caddy
  namespace: default
spec:
  progressDeadlineSeconds: 600
  replicas: 1
  ...

• Group 为 apps
• Version 为 v1
• Kind 则是 Deployment
• Resource 则是 deployments

实现 Operator 的方式

client-go：Kubernetes 官方客户端库

定位：基础开发工具包，提供与 Kubernetes API Server 交互的核心能力。
核心功能：

1）API 交互：

• • 提供 Clientset 对内置资源（如 Pod、Deployment）进行 CRUD 操作。
  • DynamicClient 支持操作自定义资源（CRD）和未结构化数据6。

2）Informer 机制：

• • 通过 Reflector 监听 API Server 事件（Add/Update/Delete），存储到本地缓存 Indexer6。
  • 使用 Lister 从缓存高效查询资源，避免频繁请求 API Server6。

3）Workqueue：

• • 事件去重与重试机制，确保控制器可靠处理事件

Kubebuilder：Operator 开发脚手架

定位：基于 controller-runtime 的框架，快速生成 Operator 项目结构。
核心特性：

1）项目生成：

• • 初始化项目：kubebuilder init --domain=example.com 生成标准目录（api/、controllers/、config/）2。
  • 创建 CRD 和控制器：kubebuilder create api --group=webapp --version=v1 --kind=App2。

2）自动化代码生成：

• • 自动生成 CRD YAML、RBAC 配置（make manifests）2。
  • 集成 controller-gen 工具生成深拷贝函数和 OpenAPI 校验规则5。

3）Webhook 支持：

• • 一键生成 Mutating/Validating Webhook：kubebuilder create webhook

Operator SDK：多模式 Operator 开发框架

定位：支持多种开发模式的工具集，整合 Kubebuilder 并扩展 Ansible/Helm

开发模式对比：

核心功能：

• 集成测试：提供 operator-sdk test 本地测试框架。
• 跨模式支持：同一项目可混合使用 Go/Ansible/Helm 组件。

四、三者核心区别总结

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