25.修神篇：使用CRD扩展Kubernetes-API和高级主题

2020-02-08 18:13:23

有些场景，kubernetes内建的资源类型往往不能满足我们的需求，如redis集群初始化、扩容、缩容、备份等操作。

这时候就需要我们考虑如何去扩展kubernetes的API。

1.扩展方式

为了增强kubernetes的定制化功能，我们可以通过以下三种方式来扩展Kubernetes API：

1>修改kubenetes的apiserver源码：难度最大、kubernetes版本更新太快，兼容性很困难
2>自定义API server（Custom API server）并聚合到API（Aggregation）中：难度较大，需要开发能力
需要考虑的问题也不少：例如数据如何存储、API版本之间如何转换和支持等
3>1.7以下版本编写TPR，kubernetes1.7及以上版本用CRD：常用方式

2.扩展架构图

如图所示，用户对集群的请求首先到apiserver内部的Aggregator（聚合器），然后再到实际的apiserver模块。

上面提到的三种扩展方式，可以在图中清晰看到。

特别注意：

对于三种扩展方式的访问如何分配，这是基于kube-aggregator（APIservice）进行筛选的，可以理解成路由表、或者是nginx动静分离的效果。

CRD（Custom Resource Definition）在用法上和原生资源基本相同，都支持通过kubectl命令行或者API方式进行访问和操作。

正是CRD的灵活和强大，从另一方面催生k8s生态的快速发展。

CRD经常和对应的Operator配合出现，来完成一些复杂操作的封装。比如Prometheus Operator和Prometheus CRD，来部署和运维对应的Prometheus 实例

3.使用CRD扩展Kubernetes API

1）首先，我们先创建自定义资源类型：编辑resourcedefinition.yaml

apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  # 名称必须符合下面的格式：<plural>.<group>
  name: crontabs.stable.example.com
spec:
  # REST API使用的组名称：/apis/<group>/<version>
  group: stable.example.com
  # REST API使用的版本号：/apis/<group>/<version>
  version: v1
  # 定义哪个级别的资源类型：Namespaced或Cluster
  scope: Namespaced
  names:
    # URL中使用的复数名称: /apis/<group>/<version>/<plural>
    plural: crontabs
    # CLI中使用的单数名称
    singular: crontab
    # CamelCased格式的单数类型。在清单文件中使用
    kind: CronTab
    # CLI中使用的资源简称
    shortNames:
    - ct

2）apply配置文件

[root@centos-1 dingqishi]# kubectl apply -f resourcedefinition.yaml 
customresourcedefinition.apiextensions.k8s.io/crontabs.stable.example.com created

3）创建自定义资源的对象：my-new-cron-object.yaml，其中kind引用上面自定义的资源类型：CronTab，并apply

apiVersion: "stable.example.com/v1"
kind: CronTab
metadata:
  name: my-new-cron-object
spec:
  cronSpec: "* * * * /5"
  image: my-awesome-cron-image

4）查看自定义资源类型上的pod资源，此时你可以像查看别的原生基础资源那样进行相关操作了。

[root@centos-1 dingqishi]# kubectl get CronTab
NAME                 AGE
my-new-cron-object   23s

[root@centos-1 dingqishi]# kubectl describe CronTab my-new-cron-object
Name:         my-new-cron-object
Namespace:    default
Labels:       <none>
Annotations:  kubectl.kubernetes.io/last-applied-configuration:
                {"apiVersion":"stable.example.com/v1","kind":"CronTab","metadata":{"annotations":{},"name":"my-new-cron-object","namespace":"default"},"sp...
API Version:  stable.example.com/v1
Kind:         CronTab
Metadata:
  Creation Timestamp:  2019-12-13T09:40:26Z
  Generation:          1
  Resource Version:    151136
  Self Link:           /apis/stable.example.com/v1/namespaces/default/crontabs/my-new-cron-object
  UID:                 778d9359-bdb8-4f07-a07b-8a20b95f1398
Spec:
  Cron Spec:  * * * * /5
  Image:      my-awesome-cron-image
Events:       <none>

5）你可以也可以使用我们定义的shortNames来获取信息

kubectl get ct -o yaml

4.高级主题

4.1.Validation（验证）

在项目中用自定义资源对象时，如果创建自定义资源时某些字段不符合要求，会导致监听该资源对象的异常和报错

所以Validation这个功能在创建时就进行校验是非常实用的，减少后面的排错和异常处理的麻烦。

通过 OpenAPI v3 schema和ValidatingAdmissionWebhook验证自定义对象是否符合标准。

1）在自定义资源类型CronTab中，定义crontabs-crd-with-validation.yaml，新增Validation（验证）功能

kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: crontabs.stable.example.com
spec:
  group: stable.example.com
  version: v1
  names:
    kind: CronTab
    plural: crontabs
    singular: crontab
    shortNames: 
    - ct 
  scope: Namespaced
  validation:                          #新增功能
    openAPIV3Schema:
      properties:
        spec:
          properties:
            userID:
              type: integer
              minimum: 1
              maximum: 65535
            groups:
              type: array
            email:
              type: string
            password:
              type: string
              format: password
          required: ["userID","groups"]

你也可以通过以下命令，查看openAPIV3Schema的语法结构
kubectl explain CustomResourceDefinition.spec.validation.openAPIV3Schema

2）编辑crontabs-with-invalid-field.yaml，引用kind: CronTab，并设置非法userID，验证Validation（验证）功能是否work，并apply

apiVersion: stable.example.com/v1      #定义规范：  <group>/<version>
kind: CronTab 
metadata:
  name: tony
  namespace: default
spec:
  userID: 999999

3）这时候发现Validation（验证）已经生效，拦截了pod初始化和运行

[root@centos-1 dingqishi]# kubectl apply -f users-with-invalid-field.yaml 
The CronTab "tony" is invalid: 
* spec.userID: Invalid value: 65535: spec.userID in body should be less than or equal to 65535
* spec.groups: Required value

4.2.Category（分类）

类别是自定义资源所属分组资源的列表（例如all）。
你可以使用kubectl get category-name列出属于该类别的资源。此功能是beta，可用于v1.10 中的自定义资源。

以下示例将CustomResourceDefinition添加至all的类别列表，并说明如何使用 kubectl get all输出自定义资源 。

1）首先，编辑resourcedefinition-with-category.yaml，并apply

apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1beta1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: crontabs.stable.example.com
spec:
  group: stable.example.com
  versions:
    - name: v1
      served: true
      storage: true
  scope: Namespaced
  names:
    plural: crontabs
    singular: crontab
    kind: CronTab
    shortNames:
    - ct
    # categories is a list of grouped resources the custom resource belongs to.
    categories:
    - all

API配置：kubectl explain CustomResourceDefinition.spec.names.categories

2）接着，编辑my-crontab.yaml，并apply

apiVersion: "stable.example.com/v1"
kind: CronTab
metadata:
  name: my-new-cron-object
spec:
  cronSpec: "* * * * */5"
  image: my-awesome-cron-image

3）使用kubectl get all，这时候就可以看到我们自定义的Crontab类型资源了

[root@centos-1 ~]# kubectl get all
NAME                         READY   STATUS    RESTARTS   AGE
pod/ngx-new-cb79d555-2c7qq   1/1     Running   0          3d

NAME                 TYPE        CLUSTER-IP   EXTERNAL-IP   PORT(S)   AGE
service/kubernetes   ClusterIP   10.96.0.1    <none>        443/TCP   18d

NAME                      READY   UP-TO-DATE   AVAILABLE   AGE
deployment.apps/ngx-new   1/1     1            1           17d

NAME                               DESIRED   CURRENT   READY   AGE
replicaset.apps/ngx-new-cb79d555   1         1         1       3d4h

NAME                                            AGE
crontab.stable.example.com/my-new-cron-object   1s

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