Das Dokument behandelt den Übergang von monolithischen Architekturen zu Microservices mithilfe von Kubernetes-Operatoren. Es beschreibt die Definition und Implementierung einer benutzerdefinierten Ressource in Kubernetes, einschließlich des Erstellens von APIs und der Handhabung von Änderungen durch Controller. Zudem wird die Nutzung von Kubebuilder als Framework zur Vereinfachung der Entwicklung und Verwaltung von Kubernetes-Anwendungen vorgestellt.

1. Microservice Deployments
mit
Kubernetes Operatoren

2. Frank Müller
Oldenburg
Baujahr 1965
Team Lead PS & Solution Engineer
Kubermatic GmbH
frank.mueller@themue.dev
@themue

3. Auf dem Weg zum Microservice

4. Wandel von Monolithen zu Microservices

5. Wandel von Monolithen zu Microservices

6. Wandel von Monolithen zu Microservices

7. Flexible Architekturen

8. Chaos vermeiden

9. Kubernetes als Laufzeitumgebung

10. Abstraktion der Laufzeitumgebung

11. Wichtige Bausteine

12. Kontrollschleife für den Wunschzustand

13. Erweiterbar durch eigene Ressourcen-Typen

14. Controller reagieren auf diese Ressourcen

15. Standardisierung und Einfachheit

16. Vielfalt erschwert Wartung

17. Einen Rahmen geben

18. Dynamik

19. Der Weg zu eigenen Bausteinen

20. De
fi
nition einer Custom Resource

21. Versionierte API
• Versions-Nummern und Level
• Start mit v1alpha1, v1alpha2, ...
• Bei zunehmender Stabilität und Tests mit v1beta1
• Stabile Versionen ohne Level, wie v1, v2, ...

22. Bestandteile des Microservice Deployments

23. apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1
kind: CustomResourceDe
fi
nition
metadata:
name: mechanic.k8s.tideland.dev
spec:
group: k8s.tideland.dev
scope: Namespaced
names:
plural: mechanics
singular: mechanic
kind: Mechanic
shortNames:
- mech
De
fi
nition in YAML – Rahmen

24. De
fi
nition in YAML – Spezi
fi
kation
versions:
- name: v1alpha1
served: true
storage: true
schema:
openAPIV3Schema:
type: object
properties:
spec:
....
status:
...

25. De
fi
nition in Go – Rahmen
package v1alpha1
import metav1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
type Mechanic struct {
metav1.TypeMeta `json:",inline"`
metav1.ObjectMeta `json:"metadata"`
Spec MechanicSpec `json:"spec"`
Status MechanicStatus `json:"status"`
}

26. De
fi
nition in Go – Spezi
fi
kation
package v1alpha1
import corev1 "k8s.io/api/core/v1"
type Microservice struct {
Scaling MicroserviceScaling `json:"scaling"`
Containers []Container `json:"containers"`
Volumes []corev1.Volume `json:"volumes,omitempty"`
}
...
type MechanicSpec struct {
Microservice Microservice `json:"microservice"`
Dependencies Dependencies `json:"dependencies"`
Network Network `json:"network"`
}

27. DeepCopy wird benötigt
func (in *Mechanic) DeepCopyInto(out *Mechanic) {
out.TypeMeta = in.TypeMeta
out.ObjectMeta = in.ObjectMeta
out.Spec = MechanicSpec{...}
}
func (in *Mechanic) DeepCopyObject() runtime.Object {
out := Mechanic{}
in.DeepCopyInto(&out)
return &out
}

28. Vorbereitung der Registratur (Schritt 1a)
package v1alpha1
var (
SchemaGroupVersion = schema.GroupVersion{
Group: "k8s.tideland.dev",
Version: "v1alpha1",
}
SchemeBuilder = runtime.NewSchemeBuilder(addKnownTypes)
AddToScheme = SchemeBuilder.AddToScheme
)

29. Vorbereitung der Registratur (Schritt 1b)
package v1alpha1
func addKnownTypes(scheme *runtime.Scheme) error {
scheme.AddKnownTypes(SchemeGroupVersion,
&Mechanic{},
&MechanicList{},
)
metav1.AddToGroupVersion(scheme, SchemeGroupVersion)
return nil
}

30. Hinzufügen zum Schema (Schritt 2)
package main
import "k8s.io/client-go/kubernetes/scheme"
func main() {
...
v1alpha1.AddToScheme(scheme.Scheme)
...
}

31. REST Client bedarfsgerecht kapseln

32. Create eingepackt
func (mi *MechanicInterface) Create(
m *Mechanic,
opts metav1.CreateOptions) (*Mechanic, error) {
result := &Mechanic{}
err := mi.restClient().
Post().
Namespace(di.namespace).
Resource("mechanic").
Body(m).
VersionedParams(&opts, scheme.ParameterCodes).
Do().
Into(&result)
return result, err
}

33. Information über Änderungen

34. Lister für das Microservice Deployment
package v1alpha1
type MechanicLister interface {
List(selector labels.Selector) ([]*Mechanic, error)
Get(name string) (*Mechanic, error)
}
type mechanicLister struct {
// REST Client.
mif MechanicInterface
}
func (ml mechanicLister) Get(name string) (*Mechanic, error) {
return ml.mif.Get(name, metav1.GetOptions{})
}

35. Informer für das Microservice Deployment erzeugen
package v1alpha1
type MechanicInformer interface {
Informer() cache.SharedIndexInformer
Lister() MechanicLister
}
type mechanicInformer struct {
// REST Client.
mif MechanicInterface
}
func NewMechanicInformerWithInterface(mif MechanicInterface) MechanicInformer {
return &mechanicInformer{
mif: mif,
}
}

36. Informer für das Microservice Deployment nutzen
func (mi *mechanicInformer) Informer() cache.SharedIndexInformer {
return cache.NewSharedIndexInformer(
&cache.ListWatch{
ListFunc: func(opts metav1.ListOptions) (result runtime.Object, err error) {
return mi.mif.List(opts)
},
WatchFunc: func(opts metav1.ListOptions) (watch.Interface, error) {
return mi.mif.Watch(opts)
},
},
&Mechanics{},
30*time.Second,
cache.Indexers{},
)
}

37. Von der API zum Controller

38. Aufgaben
• Kon
fi
guration
• Informer erzeugen und Handler registrieren
• Ein bis N Informer im Hintergrund arbeiten lassen
• Auf Callbacks entsprechend reagieren

39. De
fi
nition
package mechanic
type Mechanic struct {
con
fi
g *rest.Con
fi
g
client kubernetes.Interface
namespace string
mif mechanicv1alpha1.MechanicInterface
minfo cache.SharedIndexInformer
}

40. Den Controller erzeugen
package mechanic
func New(con
fi
g *rest.Con
fi
g, namespace string) (*Mechanic, error) {
m := &Mechanic{...}
namespaceableMIF, err := mechanicv1alpha1.NewForCon
fi
g(m.con
fi
g)
...
m.mif = namespaceableMIF.Namespace(namespace)
client, err := kubernetes.NewForCon
fi
g(con
fi
g)
...
m.client = client
m.minfo = mechanicv1alpha1.NewMechanicInformerWithInterface(m.mif).Informer()
return m, nil
}

41. Auf geht es zur Arbeit
package mechanic
func (m *Mechanic) Run(ctx context.Context) {
// Add handler functions to informer.
m.minfo.AddEventHandler(cache.ResourceEventHandlerFuncs{
AddFunc: m.addMechanicHandler,
UpdateFunc: m.updateMechanicHandler,
DeleteFunc: m.deleteMechanicHandler,
})
// Let it work.
go m.minfo.Run(wait.NeverStop)
// Run based on context.
select {
case <-ctx.Done:
}
}

42. Hinzufügen einer Instanz
package mechanic
func (m *Mechanic) addMechanicHandler(obj interface{}) {
mechanic := obj.(*mechanicv1alpha1Mechanic)
if mechanic.GetNamespace() != m.namespace {
return
}
m.addMicroservice(mechanic.Spec.Microservice, mechanic.Status)
m.addDependencies(mechanic.Spec.Dependencies, mechanic.Status)
m.addNetwork(mechanic.Spec.Network, mechanic.Status)
}

43. Hierarchische Abarbeitung

44. Externe Abhängigkeiten abstrahieren
• Struktur mit Name, Typ als String und Schlüssel-Wert-
Parametern
• Iteration über die Abhängigkeiten
• Instanzierung auf Basis des Typs
• Parameter übergeben
• Aktion ausführen

45. Auf geht es

46. Hauptprogramm
package main
func main() {
// Read
fl
ags and con
fi
guration.
...
con
fi
g, err := clientcmd.BuildCon
fi
gFromFlags(masterURL, kubecon
fi
g)
...
// Run mechanic.
m, err := mechanic.New(con
fi
g, namespace)
...
mechanicv1alpha1.AddToScheme(scheme.Scheme)
m.Run(context.Background())
}

47. Werkzeuge

48. Kubebuilder
• Manuelle Schritte zeigen die prinzipielle Arbeitsweise
• Kubebuilder unterstützt dies als Framework
• Basierend auf API Quellen mit Kommentaren wird
Standard-Code generiert
• Anstatt Handler werden Reconcile-Funktionen mit
Requests erzeugt und später aufgerufen
• Generator-Aufrufe sind idempotent

49. Fazit

50. Zusammenfassung
• Initial ein komplexer Weg zur Installation und dem Betrieb
von Anwendungssystemen im Netz
• Stellt komfortable Möglichkeiten aber auch gewünschte
Grenzen für die Installation von Microservices zur
Verfügung
• Keine Abweichung der Kon
fi
gurationssprache der
Anwendungen und der Anwendungsinstallation

51. Vielen Dank. Guten Appetit beim Kaffee.