生成一篇关于golang云原生之Kubernetes二开的五千字详细文章-Go服务器开发

Kubernetes是一种非常流行的云原生技术，用于管理容器化应用程序。在最近几年中，Golang已经成为编写Kubernetes扩展和插件的首选语言之一。这篇文章将介绍使用Golang进行Kubernetes二次开发的一些技术和工具，并提供一些实例。

Golang和Kubernetes

为什么选择Golang？

Golang作为一种编译型语言，具有快速、安全、可靠等特点，适合构建高效且稳定的系统。此外，它还具有简单、易于阅读和理解的语法，使得使用Golang编写代码更加容易上手。

Kubernetes也采用了Golang作为其主要后端语言，因此使用Golang进行Kubernetes二次开发，可以更好地与Kubernetes内部结构相匹配。

Kubernetes API

Kubernetes所提供的API，包括REST API和Go客户端API，是进行Kubernetes二次开发的关键。REST API是一种标准的Web API，可以使用HTTP协议进行访问。通过REST API，我们可以对Kubernetes进行各种操作，例如创建、更新和删除资源对象。

Go客户端API是一个更高级别的API，它使用Go语言的类型来表示各种Kubernetes资源对象，如Pod、Deployment、Service等。Go客户端API提供了一些便利的函数来操作这些资源对象，例如Create、Update和Delete等。

Kubernetes Controller

Kubernetes Controller是一种特殊的Kubernetes资源对象，它用于管理其他资源对象。Controller可以监视一组资源对象，并根据一些规则进行自动化操作。例如，Deployment Controller可以确保Pods按照指定的数量和配置运行。

使用Golang编写Kubernetes Controller可以非常方便地扩展Kubernetes的功能。我们可以创建自定义的Controller来实现各种逻辑，例如自动扩缩容、自动恢复等。

Kubebuilder工具

Kubebuilder是一个开源工具，用于快速构建Kubernetes Operator。它提供了一些代码生成器，可以帮助我们快速生成CRD（Custom Resource Definition）和Controller相关的代码。

安装Kubebuilder

首先需要安装Kubebuilder，可以从以下网址下载最新版本：

https://github.com/kubernetes-sigs/kubebuilder/releases

解压后将可执行文件添加到$PATH中。

创建项目

使用Kubebuilder创建项目非常简单，只需要执行以下命令：

kubebuilder init --domain example.com

这将创建一个名为’project-name’的默认项目。

生成CRD

接下来我们可以使用以下命令生成我们自己的CRD：

kubebuilder create api --group mygroup --version v1alpha1 --kind MyKind

这将在’pkg/apis/mygroup/v1alpha1/mykind_types.go’中生成MyKind类型的代码，并在’pkg/apis/mygroup/v1alpha1/mykind_types.go’中生成CRD的定义。

生成Controller

最后，我们可以使用以下命令生成自己的Controller：

kubebuilder create webhook --group mygroup --version v1alpha1 --kind MyKind --defaulting --programmatic-validation

这将在’pkg/controller/mykind/mykind_controller.go’中生成MyKind Controller的代码，并在’pkg/webhook/mykind/mykind_webhook.go’中生成Webhook的定义。

实例

现在我们来看一个实例，使用Golang和Kubebuilder创建一个自定义的Controller来为Pods添加注释。

CRD定义

首先，我们需要定义一个CRD，用于表示我们自己的资源对象。在’pkg/apis/example/v1alpha1/podannotate_types.go’中添加以下代码：

// PodAnnotateSpec defines the desired state of PodAnnotate
type PodAnnotateSpec struct {
    // Name of the pod to annotate
    PodName string `json:"podName"`

    // Key of the annotation
    Key string `json:"key"`

    // Value of the annotation
    Value string `json:"value"`
}

// PodAnnotateStatus defines the observed state of PodAnnotate
type PodAnnotateStatus struct {
    // Insert status fields here
}

// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object

// PodAnnotate is the Schema for the podannotates API
// +kubebuilder:subresource:status
// +kubebuilder:resource:path=podannotates,scope=Namespaced
type PodAnnotate struct {
    metav1.TypeMeta   `json:",inline"`
    metav1.ObjectMeta `json:"metadata,omitempty"`

    Spec   PodAnnotateSpec   `json:"spec,omitempty"`
    Status PodAnnotateStatus `json:"status,omitempty"`
}

// +k8s:deepcopy-gen:interfaces=k8s.io/apimachinery/pkg/runtime.Object

// PodAnnotateList contains a list of PodAnnotate
type PodAnnotateList struct {
    metav1.TypeMeta `json:",inline"`
    metav1.ListMeta `json:"metadata,omitempty"`
    Items           []PodAnnotate `json:"items"`
}

这定义了一个名为PodAnnotate的CRD，包含三个字段：PodName、Key和Value。

Controller实现

接下来我们将使用Kubebuilder生成Controller代码。在项目根目录下执行以下命令：

kubebuilder create webhook --group example --version v1alpha1 --kind PodAnnotate --defaulting --programmatic-validation

这将在’pkg/controller/podannotate/podannotate_controller.go’中生成Controller代码。在该文件中添加以下代码：

func (r *PodAnnotateReconciler) annotatePod(podName, key, value string) error {
    // Get the pod object
    pod := &corev1.Pod{}
    err := r.Client.Get(context.TODO(), types.NamespacedName{
        Name:      podName,
        Namespace: "default",
    }, pod)
    if err != nil {
        return err
    }

    // Add the annotation
    if pod.Annotations == nil {
        pod.Annotations = make(map[string]string)
    }
    pod.Annotations[key] = value

    // Update the pod
    err = r.Client.Update(context.TODO(), pod)
    if err != nil {
        return err
    }

    return nil
}

//+kubebuilder:rbac:groups=example.example.com,resources=podannotates,verbs=get;list;watch;create;update;patch;delete
//+kubebuilder:rbac:groups=example.example.com,resources=podannotates/status,verbs=get;update;patch
//+kubebuilder:rbac:groups=example.example.com,resources=podannotates/finalizers,verbs=update

func (r *PodAnnotateReconciler) Reconcile(req ctrl.Request) (ctrl.Result, error) {
    ctx := context.Background()
    log := r.Log.WithValues("podannotate", req.NamespacedName)

    // Get the PodAnnotate object
    podAnnotate := &examplev1alpha1.PodAnnotate{}
    err := r.Get(ctx, req.NamespacedName, podAnnotate)
    if err != nil {
        log.Error(err, "unable to fetch PodAnnotate")
        return ctrl.Result{}, client.IgnoreNotFound(err)
    }

    // Annotate the pod
    err = r.annotatePod(podAnnotate.Spec.PodName, podAnnotate.Spec.Key, podAnnotate.Spec.Value)
    if err != nil {
        log.Error(err, "unable to annotate pod")
        return ctrl.Result{}, err
    }

    return ctrl.Result{}, nil
}

我们定义了一个名为’PodAnnotateReconciler’的Controller，实现了’Reconcile’函数。当一个新的PodAnnotate对象被创建时，Controller将调用’Reconcile’函数，并根据该对象的规格字段将注释添加到指定的Pod对象中。

Webhook实现

最后，我们需要在’pkg/webhook/podannotate/podannotate_webhook.go’中添加Webhook的代码。在该文件中添加以下代码：

//+kubebuilder:webhook:path=/mutate-example-example-com-v1alpha1-podannotate,mutating=true,failurePolicy=fail,groups=example.example.com,resources=podannotates,verbs=create;update,versions=v1alpha1,name=mpodannotate.kb.io

var _ webhook.Defaulter = &PodAnnotate{}

func (r *PodAnnotate) Default() {
    if r.Spec.Key == "" {
        r.Spec.Key = "annotation.example.com/key"
    }
    if r.Spec.Value == "" {
        r.Spec.Value = "default-value"
    }
}

//+kubebuilder:webhook:path=/validate-example-example-com-v1alpha1-podannotate,mutating=false,failurePolicy=fail,groups=example.example.com,resources=podannotates,verbs=create;update,versions=v1alpha1,name=vpodannotate.kb.io

var _ webhook.Validator = &PodAnnotate{}

func (r *PodAnnotate) ValidateCreate() error {
    return r.Validate()
}

func (r *PodAnnotate) ValidateUpdate(old runtime.Object) error {
    return r.Validate()
}

func (r *PodAnnotate) ValidateDelete() error {
    return nil
}

func (r *PodAnnotate) Validate() error {
    if strings.Contains(r.Spec.Value, "hack") {
        return errors.New("cannot contain hack")
    }
    return nil
}

这定义了两个Webhook，用于进行默认值和验证。当一个新的PodAnnotate对象被创建时，Controller将调用默认值Webhook，并在规格字段中添加默认值。当PodAnnotate对象被更新或创建时，Controller将调用验证Webhook，并确保规格字段的值符合某些条件。

构建和部署

我们使用Kustomize来构建和部署我们的应用程序。首先，在项目根目录下创建一个’kustomization.yaml’文件：

apiVersion: kustomize.config.k8s.io/v1beta1
kind: Kustomization

resources:
- config/crd/bases
- config/rbac
- config/manager

patches:
- patch/manager_image.yaml

namespace: default

这定义了三个资源：CRD、RBAC和Manager。我们还定义了一个补丁，用于替换Manager容器的镜像。

接下来，在’config/manager/manager.yaml’文件中，将’spec.containers.image’字段设置为您自己的容器镜像。我们可以使用以下命令进行构建和部署：

kustomize build . | kubectl apply -f -

这将构建并部署我们的应用程序到集群中。现在，我们可以使用以下命令创建一个新的PodAnnotate对象，并将注释添加到指定的Pod对象中：

kubectl create -f - <<EOF
apiVersion: example.example.com/v1alpha1
kind: PodAnnotate
metadata:
  name: test-podannotate
spec:
  podName: nginx
  key: annotation.example.com/key
  value: test-value
EOF