Kubernetes 自定义资源（CRD）开发与运维：扩展集群能力

好的，各位观众老爷们，大家好！我是你们的老朋友，Kubernetes宇宙的导游兼段子手——Kube谐星。今天，咱们不聊鸡毛蒜皮的小事，直接上硬货，聊聊Kubernetes的“变形金刚”——自定义资源（CRD）！

开场白：Kubernetes，你的舞台，你来定！

话说，Kubernetes（简称K8s）这玩意儿，就像一个功能强大的乐高积木，能搭出各种各样的应用架构。但是，原生的积木毕竟有限，总有些时候，你会觉得它不够“骚”，不够“浪”，满足不了你那颗躁动不安的架构师的心。

这时候，CRD就闪亮登场了！它就像一个“万能插头”，允许你自定义Kubernetes的资源类型，让K8s理解并管理你自己的“玩具”。想象一下，你可以让K8s管理你的数据库、你的消息队列、甚至你的宠物小精灵！ 简直是“我的地盘我做主”的终极体现！😎

第一幕：CRD是什么鬼？（概念扫盲）

别害怕，CRD并没有想象中那么高深莫测。咱们用人话说说，CRD就是：

• Custom Resource Definition (自定义资源定义)：定义一种新的资源类型，告诉K8s这种资源长什么样，有哪些属性，该怎么玩。
• Custom Resource (自定义资源)：基于CRD创建的实例，就像是根据图纸制造出来的乐高模型。

简单来说，CRD是“图纸”，Custom Resource是“模型”。

打个比方：

你可以把K8s想象成一家汽车制造厂。

• 原生的资源（Pod, Service, Deployment） 就像是工厂里已经生产好的汽车型号（轿车、SUV、跑车）。
• CRD 就像是你给工厂提供了一份新的汽车设计图纸，比如“飞行汽车”。
• Custom Resource 就像是工厂根据你的图纸生产出来的第一辆“飞行汽车”。

现在，工厂不仅能生产轿车、SUV、跑车，还能生产飞行汽车了！ 是不是很酷？😎

第二幕：CRD的“前世今生”（发展历程）

在CRD出现之前，Kubernetes也支持自定义资源，那就是ThirdPartyResource (TPR)。 但是，TPR就像一个“野孩子”，缺乏规范，安全性也比较差。

CRD的出现，就像是给这个“野孩子”穿上了西装，进行了规范化管理。 相比于TPR，CRD有以下优势：

• 版本控制：支持多个版本，方便升级和迁移。
• Schema验证：可以通过Schema定义资源的结构，确保数据的有效性。
• 集成API Server：原生集成到Kubernetes API Server，使用起来更加方便。
• RBAC支持：可以使用RBAC控制对自定义资源的访问权限。

可以这样说，CRD是TPR的“官方升级版”，更加成熟、稳定、可靠。

第三幕：CRD的“葵花宝典”（实战演练）

好了，理论知识就到这里。接下来，咱们撸起袖子，开始实战！

3.1 定义CRD

定义CRD，其实就是编写一个YAML文件，告诉K8s这种资源长什么样。 咱们以一个简单的例子为例，定义一个名为Book的CRD，用于管理书籍信息。

apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1
kind: CustomResourceDefinition
metadata:
  name: books.example.com # CRD的名称，格式：plural.group
spec:
  group: example.com  # API Group
  versions:
    - name: v1alpha1 # API版本
      served: true  # 是否启用该版本
      storage: true # 是否作为存储版本
      schema: # 定义资源的结构
        openAPIV3Schema:
          type: object
          properties:
            spec:
              type: object
              properties:
                title:
                  type: string
                  description: 书籍的标题
                author:
                  type: string
                  description: 书籍的作者
                publicationYear:
                  type: integer
                  description: 书籍的出版年份
  scope: Namespaced # 资源的作用域，可以是Namespaced或Cluster
  names:
    plural: books   # 资源的复数名称
    singular: book   # 资源的单数名称
    kind: Book      # 资源的Kind
    shortNames:     # 资源的简称
      - bk

字段解释：

• apiVersion: CRD的API版本，目前推荐使用apiextensions.k8s.io/v1。
• kind: CRD的类型，必须是CustomResourceDefinition。
• metadata.name: CRD的名称，格式为plural.group，例如books.example.com。
• spec.group: API Group，用于组织相关的资源，例如example.com。
• spec.versions: API版本列表，可以定义多个版本，方便升级和迁移。
  • name: API版本名称，例如v1alpha1。
  • served: 是否启用该版本，设置为true表示启用。
  • storage: 是否作为存储版本，设置为true表示该版本的数据会被存储到etcd中。
  • schema: 定义资源的结构，使用OpenAPI V3 Schema规范。
    • openAPIV3Schema: 资源的Schema定义。
      • type: 资源类型，例如object。
      • properties: 资源的属性列表，每个属性都有type和description。
• spec.scope: 资源的作用域，可以是Namespaced或Cluster。
  • Namespaced: 资源只能在指定的Namespace中使用。
  • Cluster: 资源可以在整个集群中使用。
• spec.names: 资源的名称信息。
  • plural: 资源的复数名称，例如books。
  • singular: 资源的单数名称，例如book。
  • kind: 资源的Kind，例如Book。
  • shortNames: 资源的简称，例如bk。

3.2 创建CRD

编写好CRD的YAML文件后，就可以使用kubectl命令创建CRD了。

kubectl apply -f book-crd.yaml

创建成功后，可以使用kubectl get crd命令查看CRD的信息。

kubectl get crd books.example.com

3.3 创建Custom Resource

创建了CRD之后，就可以创建Custom Resource了。 同样，我们需要编写一个YAML文件，描述Custom Resource的实例。

apiVersion: example.com/v1alpha1
kind: Book
metadata:
  name: the-little-prince
spec:
  title: The Little Prince
  author: Antoine de Saint-Exupéry
  publicationYear: 1943

字段解释：

• apiVersion: Custom Resource的API版本，必须与CRD中定义的版本一致，例如example.com/v1alpha1。
• kind: Custom Resource的Kind，必须与CRD中定义的Kind一致，例如Book。
• metadata.name: Custom Resource的名称，用于唯一标识该资源。
• spec: 资源的具体属性，根据CRD中定义的Schema进行填写。

3.4 应用Custom Resource

编写好Custom Resource的YAML文件后，就可以使用kubectl命令创建Custom Resource了。

kubectl apply -f the-little-prince.yaml

创建成功后，可以使用kubectl get命令查看Custom Resource的信息。

kubectl get books
kubectl get book the-little-prince

恭喜你，成功创建了你的第一个CRD和Custom Resource！🎉

第四幕：CRD的“进阶之路”（高级用法）

掌握了CRD的基本用法，还远远不够。 想要成为CRD高手，还需要了解一些高级用法。

4.1 Controller（控制器）

CRD只是定义了资源类型，但是如何处理这些资源，还需要借助Controller。 Controller就像一个“大脑”，负责监听Custom Resource的变化，并根据预定义的逻辑进行处理。

举个例子：

假设我们定义了一个Database的CRD，用于管理数据库实例。 当创建一个新的Database资源时，Controller可以自动创建对应的数据库实例，并配置相关的参数。

Controller的实现方式有很多种，可以使用Kubernetes Operator SDK、kubebuilder等工具。

4.2 Webhook（网络钩子）

Webhook可以在创建、更新、删除Custom Resource时，对数据进行验证和修改。 它可以用于实现更加复杂的业务逻辑。

举个例子：

可以使用Webhook对Book资源的publicationYear进行验证，确保其值是一个有效的年份。

Webhook分为两种类型：

• Validating Webhook: 用于验证数据的有效性，如果验证失败，则拒绝请求。
• Mutating Webhook: 用于修改数据，例如添加默认值或进行格式转换。

4.3 Operator（操作器）

Operator是Controller的一种高级形式，它将CRD和Controller组合在一起，形成一个完整的应用管理解决方案。

Operator可以自动化部署、配置、升级、备份、恢复应用程序，极大地简化了运维工作。

举个例子：

可以使用Operator来管理复杂的数据库集群，实现自动化的扩容、缩容、故障转移等操作。

第五幕：CRD的“陷阱与避坑”（注意事项）

CRD虽然强大，但也需要注意一些潜在的陷阱。

• Schema设计：Schema的设计至关重要，要仔细考虑资源的结构和属性，避免后期修改带来的麻烦。
• 版本管理：CRD支持多个版本，要合理规划版本升级策略，避免数据不兼容的问题。
• 安全性：要使用RBAC控制对自定义资源的访问权限，防止未经授权的访问。
• Controller稳定性：Controller的稳定性直接影响到Custom Resource的可用性，要确保Controller的可靠运行。
• 资源清理：删除CRD时，要确保相关的Custom Resource已经被清理干净，否则可能会导致数据丢失。

第六幕：CRD的“未来展望”（发展趋势）

随着Kubernetes的不断发展，CRD的应用场景将会越来越广泛。 未来，CRD将会朝着以下几个方向发展：

• 更加强大的Schema验证：支持更加复杂的Schema验证规则，例如正则表达式、自定义验证函数等。
• 更加灵活的Controller开发：提供更加便捷的Controller开发工具，降低开发难度。
• 更加智能化的Operator：实现更加智能化的应用管理，例如自动化的故障诊断和修复。
• 更加广泛的应用场景：应用于更多的领域，例如人工智能、大数据、物联网等。

结束语：CRD，让你的Kubernetes飞起来！

好了，各位观众老爷们，今天的CRD之旅就到这里了。 希望通过今天的讲解，大家对CRD有了更深入的了解。

记住，CRD是Kubernetes的“变形金刚”，它可以让你定制自己的资源类型，扩展集群能力，让你的Kubernetes飞起来！🚀

最后，祝大家玩转CRD，早日成为Kubernetes大神！ 咱们下期再见！😉