kubebuilder2.0学习笔记——进阶使用

概述

本篇将继续深入学习kubebuilder开发，并介绍一些深入使用时遇到的问题。包括：finalizer、控制器对CRD的update status、kubebuilder注释等。并且会分享一些在开发过程中使用的小技巧

status

我们先看一个新建的crd的结构体：

// BucketStatus defines the observed state of Bucket
type BucketStatus struct {
    // INSERT ADDITIONAL STATUS FIELD - define observed state of cluster
    // Important: Run "make" to regenerate code after modifying this file
    Progress int32 `json:"progress"`
}

// +kubebuilder:object:root=true

// Bucket is the Schema for the buckets API
type Bucket struct {
    metav1.TypeMeta   `json:",inline"`
    metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`

    Spec   BucketSpec   `json:"spec,omitempty"`
    Status BucketStatus `json:"status,omitempty"`
}

这里，Spec和Status均是Bucket的成员变量，Status并不像Pod.Status一样，是Pod的subResource.因此，如果我们在controller的代码中调用到Status().Update(),会触发panic，并报错：the server could not find the requested resource

如果我们想像k8s中的设计那样，那么就要遵循k8s中status subresource的使用规范：

用户只能指定一个CRD实例的spec部分；
CRD实例的status部分由控制器进行变更。

设计subresource风格的status

需要在Bucket的注释中添加一行// +kubebuilder:subresource:status，变成如下：

// +kubebuilder:subresource:status
// +kubebuilder:object:root=true

// Bucket is the Schema for the buckets API
type Bucket struct {
    metav1.TypeMeta   `json:",inline"`
    metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`

    Spec   BucketSpec   `json:"spec,omitempty"`
    Status BucketStatus `json:"status,omitempty"`
}

创建Bucket资源时，即便我们填入了非空的status结构，也不会更新到apiserver中。Status只能通过对应的client进行更新。比如在controller中：
```
if bucket.Status.Progress == 0 {
      bucket.Status.Progress = 1
      err := r.Status().Update(ctx, &bucket)
      if err != nil {
          return ctrl.Result{}, err
      }
  }
```
这样，只要bucket实例的status.Progress为0时（比如我们创建一个bucket实例时，由于status.Progress无法配置，故初始化为默认值，即0），controller就会帮我们将它变更为1.

注意：
kubebuilder 2.0开发生成的crd模板，无法通过apiserver的crd校验。社区有相关的记录和修复https://github.com/kubernetes...
所以1.11.*版本的k8s，要使用kubebuilder 2.0 必须给apiserver配置一个featuregate： - --feature-gates=CustomResourceValidation=false，关闭对crd的校验。

finalizer

finalizer即终结器，存在于每一个k8s内的资源实例中，即**.metadata.finalizers,它是一个字符串数组，每一个成员表示一个finalizer。控制器在删除某个资源时，会根据该资源的finalizers配置，进行异步预删除处理，所有的finalizer都执行完毕后，该资源会被真正删除。

这里的预删除处理，一般指对该资源的关联资源进行增删改操作。比如：一个A资源被删除时，其finalizer规定必须将A资源的Selector指向的所有service都删除。

当我们需要设计这类finalizer时，就可以自定义一个controller来实现。

因为finalizer的存在，资源的Delete操作，会变成一个Update操作：给资源加入一个deletiontimestamp。也就是说：不使用finalizer时，我们手动删除一个对象，kubebuilder会在缓存中找不到该对象时触发该对象的OnDelete；使用finalizer时，我们手动删除一个对象，kubebuilder会先触发一次该对象的OnUpdate，此次update是给资源加入一个deletiontimestamp，然后在缓存中找不到该对象时再触发该对象的OnDelete。

需要注意的关键一点是，终结器会导致对象上的delete变成设置删除时间戳的更新。对象上的删除时间戳表示该对象正在被删除。否则，在没有终结器的情况下，当缓存中缺少对象时，将显示一个delete。

范例

我们设计一个Bucket类和一个Playbook类，Playbook.Spec.Selector是一个选择器，可以通过该选择器找到对应的Bucket。Playbook控制器需要做以下事情：

如果一个Playbook对象没有删除时间戳（被创建或更新），我们检查并配置一个finalizer：testdelete给它
如果一个Playbook有删除时间戳（被删除），我们检查是否该对象的finalizer包含testdelete.
如果包含，我们检查该Playbook对象的spec.Selector是否不为空
如果不为空，我们根据spec.Selector List相同namespace下所有的bucket，并将它们一一删除

Reconcile函数中增加如下代码：

    myplaybookFinalizerName := "testdelete"
    if book.ObjectMeta.DeletionTimestamp.IsZero() {
        if !containsString(book.ObjectMeta.Finalizers, myplaybookFinalizerName) {
            book.ObjectMeta.Finalizers = append(book.ObjectMeta.Finalizers, myplaybookFinalizerName)
            err := r.Update(ctx, &book)
            if err != nil {
                return ctrl.Result{}, err
            }
        }
    } else {
        if containsString(book.ObjectMeta.Finalizers, myplaybookFinalizerName) && book.Spec.Selector != nil {
            bList := &opsv1.BucketList{}
            err := r.List(ctx, bList, client.InNamespace(book.Namespace), client.MatchingLabels(book.Spec.Selector))
            if err != nil {
                return ctrl.Result{}, fmt.Errorf("can't find buckets match playbook, %s", err.Error())
            }
            for _, b := range bList.Items {
                err = r.Delete(ctx, &b)
                if err != nil {
                    return ctrl.Result{}, fmt.Errorf("can't delete buckets %s/%s, %s",b.Namespace, b.Name, err.Error())
                }
            }
            book.ObjectMeta.Finalizers = removeString(book.ObjectMeta.Finalizers, myplaybookFinalizerName)
            err = r.Update(ctx, &book)
            return ctrl.Result{}, err
        }
    }

cluster-scope

k8s中node、pv等资源是集群级别的，它们没有namespace字段，因此查询node资源时也无需规定要从哪个namespace查。

我们在进行k8s operator时经常也需要设计这样的字段，但是默认情况下，kubebuilder会给我们创建namespace scope的crd资源，可以通过如下方式修改:

在执行kubebuilder create api **** 后，我们在生成的资源的*_types.go文件中，找到资源的主结构体，增加一条注释kubebuilder:resource:scope=Cluster，比如：

// +kubebuilder:object:root=true
// +kubebuilder:resource:scope=Cluster

// Bookbox is the Schema for the bookboxes API
type Bookbox struct {
    metav1.TypeMeta   `json:",inline"`
    metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`

    Spec   BookboxSpec   `json:"spec,omitempty"`
    Status BookboxStatus `json:"status,omitempty"`
}

这样执行make install，会在config/crd/bases/目录下生成对应的crd的yaml文件，里面就申明了该crd的scope：

apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  creationTimestamp: null
  name: bookboxes.ops.netease.com
spec:
  group: ops.netease.com
  names:
    kind: Bookbox
    plural: bookboxes
  scope: Cluster
  **

需要注意的是，// +kubebuilder:resource:scope=Cluster这句注释，必须放在结构体的上方、且必须是最靠近该结构体的一条kubebuilder注释，否则会失效。

kubebuilder 注释标记

我们注意到，在设计subresource风格的status和cluster-scope中我们都是用kubebuilder的注释标记，实现我们想要的资源形态，这里有更多关于注释标记的说明，比如：令crd支持kubectl scale，对crd实例进行基础的值校验，允许在kubectl get命令中显示crd的更多字段，等等.此处举两例：

kubectl get 时显示crd的status.replicas：

// +kubebuilder:printcolumn:JSONPath=".status.replicas",name=Replicas,type=string

限定字段的值为固定的几个：

type Host struct {
    ..
    Spec HostSpec
}
type HostSpec struct {
// +kubebuilder:validation:Enum=Wallace;Gromit;Chicken
    HostName string
}

kubebuilder 的log

kubebuilder的log使用了第三方包"github.com/go-logr/logr"。当我们在开发reconciler时，如果需要在某处打日志，我们需要在Reconcile方法中将

_ = r.Log.WithValues("playbook", req.NamespacedName)

改为

log := r.Log.WithValues("playbook", req.NamespacedName)

从而获得一个logger实例。之后的逻辑中，我们可以执行：

log.Info("this is the message", $KEY, $VALUE)

注意，这里KEY和VALUE都是interface{}结构，可以是字符串或整型等，他们表示在上下文中记录的键值对，反映到程序日志中，会是这个样子：

// code:
  log.Info("will try get bucket from changed","bucket-name", req.NamespacedName)
  
// output:
  2019-09-11T11:53:58.017+0800    INFO    controllers.Playbook    will try get bucket from changed    {"playbook": "default/playbook-sample", "bucket-name": {"namespace": "default", "name": "playbook-sample"}}

logr包提供的logger只有Info和Error两种类型，但可以通过V(int)配置日志级别。不管是Info还是Error，都采用上面例子的格式，即：

log.Info(string, {key, value} * n )
log.Error(string, {key, value} * n )
n>=0

如果不遵循这种格式，运行期间会抛出panic。

给Reconciler做扩展

增加eventer

我们需要在某些时候创建k8s event进行事件记录，但Reconciler默认是只有一个Client接口和一个Logger的：

type PlaybookReconciler struct {
    client.Client
    Log logr.Logger
}

我们可以往struct中添油加醋：

type PlaybookReconciler struct {
    client.Client
    Eventer record.EventRecorder
    Log logr.Logger
}

PlaybookReconciler的初始化在main.go中，kubebuilder设计的manager自带了事件广播的生成方法，直接使用即可：

if err = (&controllers.PlaybookReconciler{
        Client: mgr.GetClient(),
        Eventer: mgr.GetEventRecorderFor("playbook-controller"),
        Log:    ctrl.Log.WithName("controllers").WithName("Playbook"),
    }).SetupWithManager(mgr); err != nil {
        setupLog.Error(err, "unable to create controller", "controller", "Playbook")
        os.Exit(1)
    }

注意这里要给我们的控制器配置好rbac，在kubebuilder 2.3.0中，可以在控制器代码文件的注释中添加：

// +kubebuilder:rbac:groups="",resources=events,verbs=get;list;watch;create;update;patch

reconciler监控多个资源变化

我们在开发过程中，可能需要开发一个类似service-->selector-->pods的资源逻辑，那么，在service的reconciler里，我们关注service的seletor的配置，并且检查匹配的pods是否有所变更（增加或减少），并更新到同名的endpoints里；同时，我们还要关注pod的更新，如果pod的label发生变化，那么要找出所有'之前匹配了这些pod'的service，检查service的selector是否仍然匹配pod的label，如有变动，也要更新endpoints。

这就意味着，我们需要能让reconciler能观察到service和pod两种资源的变更。我们在serviceReconciler的SetupWithManager方法中，可以看到：

func (r *ServiceReconciler) SetupWithManager(mgr ctrl.Manager) error {
    return ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
        For(&opsv1.Service{}).
        Complete(r)
}

只需要在For方法调用后再调用Watches方法即可:

func (r *ServiceReconciler) SetupWithManager(mgr ctrl.Manager) error {
    return ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
        For(&opsv1.Service{}).Watches(&source.Kind{Type: &opsv1.Pod{}}, &handler.EnqueueRequestForObject{}).
        Complete(r)
}

此外，我们可以将service设计为pod的owner，然后在podController的For方法后在调用Owns方法：

func (r *ServiceReconciler) SetupWithManager(mgr ctrl.Manager) error {
    return ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
        For(&opsv1.Service{}).Owns(&opsv1.Pod{}).
        Complete(r)
}

我们在Owns方法的定义注释中可以看到它与Watch方法其实是类似的：

// Owns defines types of Objects being *generated* by the ControllerManagedBy, and configures the ControllerManagedBy to respond to
// create / delete / update events by *reconciling the owner object*.  This is the equivalent of calling
// Watches(&handler.EnqueueRequestForOwner{&source.Kind{Type: <ForType-apiType>}, &handler.EnqueueRequestForOwner{OwnerType: apiType, IsController: true})
func (blder *Builder) Owns(apiType runtime.Object) *Builder {
    blder.managedObjects = append(blder.managedObjects, apiType)
    return blder
}

不论是For,Own,Watch,都是kubebuilder中的Builder提供的，Builder是kubebuilder开放给用户构建控制器的唯一合法入口（你还可以用更hack的手段去构建，可能对源码造成入侵），它还提供了许多有用的方法，可以让我们更灵活自由地初始化一个controller。

注意：kubebuilder 2.0中，构建一个reconciler时，可以用Own,Watch方法来额外监听一些资源，但是For方法必须要有，如果没有For方法，编译出来的程序运行时会报错，类似于"kind.Type should not be empty"

监听指定字段的变更

有时候我们想让自己的代码更加清晰，让控制器的工作更有针对性。比如上文中举了一个service通过selector绑定bod的设想：我们在service的controller中list一遍service实例的selector指向的pod，并与status中的pods记录进行对比，这意味着，所有对service和pod的操作，都会触发这个操作。

我们想要在控制器watch pod资源变更时，检查pod是否变更了label，如果label没有变更，就不去执行reconcile，以此省去反复的list pod操作带来的开销。要如何实现呢？

方法1：添加自定义的入队predicate

Builder为我们提供了另一个方法：

func (blder *Builder) WithEventFilter(p predicate.Predicate) *Builder

这个方法，是为Builder中每个Watch的对象设计一个变更过滤器：Predicate。Predicate实现了几个方法：

type Predicate interface {
    // Create returns true if the Create event should be processed
    Create(event.CreateEvent) bool

    // Delete returns true if the Delete event should be processed
    Delete(event.DeleteEvent) bool

    // Update returns true if the Update event should be processed
    Update(event.UpdateEvent) bool

    // Generic returns true if the Generic event should be processed
    Generic(event.GenericEvent) bool
}

我们以此设计一个自己的predicate：

package controllers

import (
    "sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/predicate"
    "sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/event"
)

type ResourceLabelChangedPredicate struct {
    predicate.Funcs
}

func (rl *ResourceLabelChangedPredicate) Update (e event.UpdateEvent) bool{
    if !compareMaps(e.MetaOld.GetLabels(), e.MetaNew.GetLabels()) {
        return true
    }
    return false
}

然后修改注册控制器的方式：

func (r *ServiceReconciler) SetupWithManager(mgr ctrl.Manager) error {
    return ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
        For(&opsv1.Service{}).Watches(&source.Kind{Type: &opsv1.Pod{}}, &handler.EnqueueRequestForObject{}).WithEventFilter(&ResourceLabelChangedPredicate{}).
        Complete(r)
}

这样，ServiceReconciler在监听其关注的对象时，只会关注对象的label是否发生变更，只有当label发生变更时，才会入队并进入reconcile逻辑。

这个方法目前看应该是kubebuilder团队推荐使用的方法，但是有个问题是，加入了predicate后，会在Reconciler关注的所有的对象上生效。也就是说即使Service实例的label发生变更，也会触发reconcile。这不是我们想看到的,我们想看到的是Service的selector变更时会进行reconcile。这时候我们可能就需要在predicate中增加对象类型的判断，比如：

func (rl *ResourceLabelChangedPredicate) Update (e event.UpdateEvent) bool{
    oldobj, ok1 := e.ObjectOld.(*opsv1.Service)
    newobj, ok2 := e.ObjectNew.(*opsv1.Service)
    if ok1 && ok2 {
        if !compareMaps(oldobj.Spec.Selector, newobj.Spec.Selector) {
            return true
        } else {
            return false
        }
    }

    _, ok1 = e.ObjectOld.(*opsv1.Pod)
    _, ok2 = e.ObjectNew.(*opsv1.Pod)
    if ok1 && ok2 {
        if !compareMaps(e.MetaOld.GetLabels(), e.MetaNew.GetLabels()) {
            return true
        }
    }
    return false
}

记得通过注释添加rbac：

// +kubebuilder:rbac:groups="",resources=pods,verbs=get;list;watch;create;update;patch;delete

方法2：自定义一个入队器

我们先看上面提到的Watch方法，这个方法允许用户自己设计handler.EventHandler接口，这个接口实现了Create,Update,Delete,Generic方法，用来在资源实例的不同生命阶段，进行判断与入队。

在sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/handler/enqueue.go中就有一个默认的实现:EnqueueRequestForObject。我们可以参考它设计一个自己的接口实现——名为EnqueueRequestForLabelChanged的入队器.

重写该入队器的Update方法，改为判断新旧两个实例的label是否一致，不一致则进行入队：

func (e *EnqueueRequestForLabelChanged) Update(evt event.UpdateEvent, q workqueue.RateLimitingInterface) {
    if !compareMaps(evt.MetaOld.GetLabels(), evt.MetaNew.GetLabels()) {
        q.Add(reconcile.Request{NamespacedName: types.NamespacedName{
            Name: evt.MetaNew.GetName(),
            Namespace: evt.MetaNew.GetNamespace(),
        }})
    }
}

注册reconciler时，watches的eventhandler参数使用自定义的enqueue：

func (r *PlaybookReconciler) SetupWithManager(mgr ctrl.Manager) error {
    return ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
        For(&opsv1.Playbook{}).Watches(&source.Kind{Type: &opsv1.Bucket{}}, &EnqueueRequestForLabelChanged{}).
        Complete(r)
}

这样，ServiceReconciler将会监听service资源的所有变更，以及pod资源的label变更。

记得通过注释添加rbac：

// +kubebuilder:rbac:groups="",resources=pods,verbs=get;list;watch;create;update;patch;delete

best way to watch

通过前文我们了解到：

使用WithEventFilter配置变更过滤器，可以针对reconcilerwatch的所有资源，统一地设置事件监听规则；
使用自己实现的EventHandler,可以在reconcilerwatch特定资源时，设置该资源的事件监听规则。

阅读controller-runtime的代码我们会发现，官方允许用户调用WithEventFilter配置变更过滤器，但没有提供一个公开的方法让用户配置入队器，用户只能自己主动实现。其实在1.X的kubebuilder中，Watch方法允许用户配置predicate，用户可以给不同资源配置不同的变更过滤器。但在2.0中，这个函数被重新封装，不再直接开放给用户。取而代之的是用WithEventFilter方法配置应用到所有资源的变更过滤器。

可能设计者认为，一个reconciler要负责的应该是一个/多个资源对象的一种/同种变化。

事实上，在开发operator的过程中，最好也是将一个reconciler的工作内容细粒度化。特别是：不应该在一个reconciler逻辑中进行两次资源的update（update status除外），否则会引发版本不一致的报错。

使用非缓存的client

Reconciler中的client.Client是一个结构，提供了Get，List，Update，Delete等一系列k8s client的操作，但是其Get，List方法均是从cache中获取数据，如果Reconciler同步数据不及时（需要注意，实际上同步数据的是manager中的成员对象：cache，Reconciler直接引用了该对象），获取到的就是脏数据。

与EventRecorder类似地， manger中其实也初始化好了一个即时的client：apiReader，供我们使用，只需要调用mgr.GetAPIReader()即可获取。

注意到apiReader是一个只读client，，其使用方法与Reconciler的Client类似（Get方法，List方法）：

r.ApiReader.Get(ctx, req.NamespacedName, bucket)

官方建议我们直接使用带cache的client即可，该client是一个分离的client，其读方法（get，list）均从一个cache中获取数据。写方法则直接更新到apiserver。

多版本切换

在crd的开发和演进过程中，必然会存在一个crd的不同版本。 kubebuilder支持以一个conversion webhook的方式，支持对一个crd资源以不同版本进行读取。简单地描述就是：

kubectl apply -f config/samples/batch_v2_cronjob.yaml

创建一个v2的cronjob后，可以通过v1和v2两种版本进行读取：

kubectl get cronjobs.v2.batch.tutorial.kubebuilder.io -o yaml
kubectl get cronjobs.v1.batch.tutorial.kubebuilder.io -o yaml

显然，get命令得到的v1和v2版本的cronjob会存在一些字段上的不同，conversion webhook会负责进行不同版本的cronjob之间的数据转换。

贴下学习资料：

https://book.kubebuilder.io/m...

在webhook中使用client

有时候我们需要在某个对象的webhook中查询集群中的其他资源，比如某个operator规定了一个PodBox,规定每个PodBox中只能有一个Pod，那么在validatecreate的webhook中就要ListPod By PodBox并计数。

kubebuilder 2.X 将webhook封装得太过简介，所以我们需要搞个新法子：

我们在types和webhook的目录下新建一个文件，在里面构建一个全局client：

package v1

import (
    ctrl "sigs.k8s.io/controller-runtime"
    "sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/client"
)

var globalClient client.Client
var globalReader client.Reader

func InitClient(mgr ctrl.Manager) {
    globalClient = mgr.GetClient()
    globalReader = mgr.GetAPIReader()
}

在 main.go中，各种SetupWithManager之前，先执行InitClient，初始化这些client， validateCreate方法中可以直接使用这些client。

添加自定义的webhook

我们开发的operator可能会需要对用户新建的pod进行注入，比如注入一些信息到annotations中，也有可能要对原生对象的更新/删除操作进行判断，那么如何在我们的项目中添加这些对象的webhook？

社区提供了一个案例：https://github.com/kubernetes...

但是在该案例下，每次执行make generate时会报错：

invalid field type interface{sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/client.Reader; sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/client.StatusClient; sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/client.Writer}

不过测试了一下只要不执行generate，其他步骤都可以正常执行，比如 make docker-build

使用索引

client-go支持构建带索引的缓存，并且允许用户自定义索引函数的名称和内容。当缓存的数据带有索引时，我们可以更快地通过索引List到想要的数据，既可以提高性能又可以减少代码量。

kubebuilder 2.0 提供了很简单的索引构建方式。比如我们要以pod中的spec.NodeName为索引，方便我们快速List查询某个节点上的pod：

// 要先构建好manager

mgr.GetFieldIndexer().IndexField(&v1.Pod{}, "indexNodeNameOfPod", func(o runtime.Object) []string {
        v := o.(*v1.Pod).Spec.NodeName
        return []string{v}
    })
    
    ...
    
// 使用manager的client进行List
podList := &v1.PodList{}
err := mgr.GetClient().List(context.TODO(), podList, &client.MatchingFields{"indexNodeNameOfPod": node.Name})

kubebuilder2.0学习笔记——进阶使用

概述

status

设计subresource风格的status

finalizer

范例

cluster-scope

kubebuilder 注释标记

kubebuilder 的log

给Reconciler做扩展

增加eventer

reconciler监控多个资源变化

监听指定字段的变更

方法1：添加自定义的入队predicate

方法2：自定义一个入队器

best way to watch

使用非缓存的client

多版本切换

在webhook中使用client

添加自定义的webhook

使用索引

fzu_huang

引用和评论

详解openshift-sdn

Go 程序如何实现优雅退出？来看看 K8s 是怎么做的——上篇

张晋涛：KubeCon China 2024 回顾

保证Redis和数据库数据一致性的方法

docker 使用--storage-opt参数约束容器文件系统大小

Kubenetes里pod和service绑定的实现方式

通过一个实际例子理解Kubernetes里pod的自动scale - 水平自动伸缩