Шаблон Operator

Оператори — це розширення програмного забезпечення для Kubernetes, які використовують власні ресурси для управління застосунками та їх компонентами. Оператори дотримуються принципів Kubernetes, зокрема control loop.

Мотивація

Шаблон operator спрямований на досягнення ключової мети 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 себе вести, як її розгорнути та як реагувати у разі проблем.

Люди, які запускають робочі навантаження в Kubernetes, часто хочуть використовувати автоматизацію для виконання повторюваних завдань. Шаблон operator показує, як ви можете написати код для автоматизації завдання, яке виходить за межі того, що надає сам Kubernetes.

Оператори в Kubernetes

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

Концепція шаблону operator Kubernetes дозволяє розширити поведінку кластера без зміни коду самого Kubernetes, звʼязавши 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
• керування оновленнями коду застосунку разом з повʼязаними змінами, такими як схеми баз даних або додаткові налаштування
• публікація Serviceʼів для застосунків, які не підтримують Kubernetes API, для їх виявлення
• емуляція відмови в усьому або частині кластера для перевірки його стійкості
• обрання лідера для розподіленого застосунку без внутрішнього процесу такого вибору.

Яким може бути оператор у більш детальному вигляді? Ось приклад:

1. Власний ресурс з назвою SampleDB, який можна налаштувати в кластері.
2. Deployment, який запускає Pod, що містить частину контролера оператора.
3. Образ контейнера з кодом оператора.
4. Код контролера, який надсилає запити до панелі управління, щоб дізнатися, яким чином налаштовано ресурси SampleDB.
5. Ядром оператора є код, який говорить API серверу, які дії потрібно виконати, щоб поточний стан ресурсу SampleDB відповідав бажаному стану ресурсів.
   • Якщо ви додаєте новий ресурс SampleDB, оператор створює PersistentVolumeClaim для забезпечення місця для надійного зберігання даних, StatefulSet — для запуску SampleDB, та завдання (Job) для ініціалізації бази даних.
   • Якщо ви видаляєте ресурс SampleDB, оператор зробить зліпок з усіх даних, потім переконається, що ресурси StatefulSet та Volume також видалені.
6. Оператор також керує процесом створення резервних копій бази даних. Для кожного ресурсу SampleDB оператор визначає, коли потрібно створити Pod, який підʼєднається до бази даних, та зробить резервну копію. Ці Podʼи можуть використовувати ConfigMap чи Secret, що містять облікові дані для підʼєднання до бази даних.
7. Оскільки оператор призначений для надання високого рівня автоматизації для керування ресурсами, тож для цього може використовуватись додатковий код. Наприклад, код, що визначає, чи база даних працює на старій версії, та якщо так, то створює Job для оновлення бази даних.

Розгортання операторів

Найпоширеніший спосіб розгортання операторів — це додавання CustomResourceDefinition (CRD) та контролера для них до вашого кластера. Контролери мають зазвичай запускатись за межами панелі управління кластера, так само як ви запускаєте будь-який інший контейнеризований застосунок. Наприклад, ви можете запустити ваш контролер як Deployment.

Використання операторів

Після того, як ви розгорнете оператора, ви будете використовувати його, додаючи, змінюючи або видаляючи тип ресурсу, який використовує оператор. Наслідуючи наведений вище приклад, ви б налаштували розгортання для самого оператора, а потім:

kubectl get SampleDB                   # пошук налаштованої бази даних

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

…і все! Оператор візьме на себе роботу застосування змін, а такою як і підтримання сервісу у відповідному стані.

Створення власних операторів

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

Ви також можете створити оператор (тобто, Контролер) використовуючи мову або рушій виконання, який працює як клієнт API Kubernetes.

Нижче наведено кілька бібліотек та інструментів, які ви можете використовувати для написання власного хмарного оператора.

• Charmed Operator Framework
• Java Operator SDK
• Kopf (Kubernetes Operator Pythonic Framework)
• kube-rs (Rust)
• kubebuilder
• KubeOps (.NET operator SDK)
• Mast
• Metacontroller along with WebHooks that you implement yourself
• Operator Framework
• shell-operator

Що далі

• Ознайомтесь з CNCF Operator White Paper.
• Дізнайтесь більше про Custom Resources
• Пошукайте готові оператори в OperatorHub, що можуть відповідати вашому випадку
• Опублікуйте свій оператор для використання іншими
• Подивіться оригінальну статтю від CoreOS, що розповідає про шаблон оператора (тут посилання на архівну версію статті)
• Ознайомтесь зі статтею від Google Cloud про найкращі практики створення операторів