Шаблон Operator

Оператори — це програмні розширення Kubernetes, які використовують власні ресурси для керування застосунками та їхніми компонентами. Оператори дотримуються принципів Kubernetes, зокрема циклу управління.

Мотивація

Шаблон Operator має на меті відтворити ключову мету людини-оператора, яка керує сервісом або набором сервісів. Люди-оператори, які відповідають за конкретні застосунки та сервіси, мають глибокі знання про те, як система повинна поводитися, як її розгортати та як реагувати на проблеми.

Люди, які запускають робочі навантаження в Kubernetes, часто воліють використовувати автоматизацію для виконання повторюваних завдань. Шаблон Operator показує, як написати код для автоматизації завдання понад те, що надає сам Kubernetes.

Оператори в Kubernetes

Kubernetes створений для автоматизації. Із коробки ви отримуєте багато вбудованої автоматизації від ядра Kubernetes. Ви можете використовувати Kubernetes для автоматизації розгортання та запуску робочих навантажень, і ви можете автоматизувати те, як це робить Kubernetes.

Концепція шаблону Operator Kubernetes дозволяє розширити поведінку кластера без зміни коду самого Kubernetes, повʼязавши контролери з одним або кількома власними ресурсами. Оператори є клієнтами API Kubernetes, які діють як контролери для власного ресурсу.

Приклад оператора

Деякі завдання, які можна автоматизувати за допомогою оператора, включають:

• розгортання застосунку за запитом
• створення та відновлення резервних копій стану цього застосунку
• оброблення оновлень коду застосунку разом із повʼязаними змінами, такими як схеми баз даних або додаткові параметри конфігурації
• публікація Service для застосунків, які не підтримують API Kubernetes для їх виявлення
• імітація відмови в усьому кластері або його частині для перевірки його стійкості
• обрання лідера для розподіленого застосунку без внутрішнього процесу виборів учасників

Як може виглядати оператор докладніше? Ось приклад:

1. Власний ресурс з назвою SampleDB, який можна налаштувати в кластері.
2. Deployment, який забезпечує роботу Podʼа, що містить контролерну частину оператора.
3. Образ контейнера з кодом оператора.
4. Код контролера, який надсилає запити до панелі управління, щоб дізнатися, які ресурси SampleDB налаштовано.
5. Ядром оператора є код, який підказує API-серверу, як привести реальний стан у відповідність до налаштованих ресурсів.
   • Якщо ви додаєте новий SampleDB, оператор налаштовує PersistentVolumeClaims для надійного сховища бази даних, StatefulSet для запуску SampleDB та Job для початкової конфігурації.
   • Якщо ви видаляєте його, оператор робить знімок, а потім переконується, що StatefulSet і томи також видалено.
6. Оператор також керує регулярним резервним копіюванням бази даних. Для кожного ресурсу SampleDB оператор визначає, коли створити Pod, який може підʼєднатися до бази даних і зробити резервні копії. Ці Podʼи покладаються на ConfigMap та/або Secret, що містить параметри підʼєднання до бази даних та облікові дані.
7. Оскільки оператор має на меті надійну автоматизацію ресурсу, яким він керує, у ньому буде додатковий допоміжний код. У цьому прикладі код перевіряє, чи працює база даних на старій версії, і якщо так, створює обʼєкти Job, які оновлюють її для вас.

Розгортання операторів

Найпоширеніший спосіб розгортання оператора — додавання CustomResourceDefinition та повʼязаного з ним контролера до вашого кластера. Контролер зазвичай працює за межами панелі управління, так само як і будь-який контейнеризований застосунок. Наприклад, ви можете запустити контролер у своєму кластері як Deployment.

Використання операторів

Після розгортання оператора ви використовуєте його, додаючи, змінюючи або видаляючи ресурси того виду, який використовує оператор. Продовжуючи наведений вище приклад, ви налаштуєте Deployment для самого оператора, а потім:

kubectl get SampleDB                   # пошук налаштованих баз даних

kubectl edit SampleDB/example-database # ручна зміна деяких параметрів

…і все! Оператор подбає про застосування змін, а також про підтримання наявного сервісу в належному стані.

Створення власних операторів

Якщо в екосистемі немає оператора, який реалізує потрібну вам поведінку, ви можете створити власний.

Ви також можете реалізувати оператор (тобто контролер) будь-якою мовою або в будь-якому середовищі виконання, що може діяти як клієнт API Kubernetes.

Нижче наведено кілька бібліотек та інструментів, які можна використовувати для написання власного оператора cloud native.

• Charmed Operator Framework
• Java Operator SDK
• Kopf (Kubernetes Operator Pythonic Framework)
• kube-rs (Rust)
• kubebuilder
• KubeOps (.NET operator SDK)
• Mast
• Metacontroller разом з WebHooks, які ви реалізуєте самостійно
• Operator Framework
• shell-operator

Що далі

• Прочитайте CNCF Operator White Paper.
• Дізнайтесь більше про власні ресурси
• Пошукайте готові оператори в OperatorHub.io, що можуть відповідати вашому випадку
• Опублікуйте свій оператор для використання іншими
• Прочитайте оригінальну статтю CoreOS, яка представила шаблон Operator (це архівна версія оригінальної статті).
• Ознайомтесь зі статтею від Google Cloud про найкращі практики створення операторів