In-depth analysis of Kubernetes application management

In this article we will talk aboutKubernetes,也简称K8s.那么Kubernetes到底是什么呢？

 

简单来说,It is a container cluster management system,是Google开源的一个项目.Maybe someone will think of another container management engine at this timeDocker,我们可以使用K8Sto manage large-scaleDocker容器,这里不过多描述.接下来将进入到K8S的世界.

 

This article details the mainstreamK8S应用管理生态的使用场景 ,深入了解

Helm chart模板机制和Operator机制.

 

目录：

一、K8SWhat are application template usage scenario？

1.应用管理生态的使用场景

2.Helm chart模板机制

3.Operator机制

二、工具：Helm chart模板机制

     1.Helm chart架构

     2.Hook机制

三、大脑：Operator机制

1.Operator原理

2.Operator管理

四、总结

     1.Helm小结

     2.Operator小结

 

一、K8SWhat are application template usage scenario？

1.应用管理生态的使用场景

当

容器和云原生

The concept is recognized by more people,There will also be more enterprises and software engineers moving their applications to cloud native or containers,Then moved to containers or cluster,How should we better manage these complex applications and related processes?？Especially complex applications need to complete the orchestration between resources、打包发布,Standardized delivery, etc..在Kubernetes里,我们可以使用Helm的模板-Parameters form a variety of resources to support the application of choreography,使之成为K8SThe most popular application package management tool in the field.

 

2.Helm chart模板机制

Helmcan help us achieveK8sApplication packaging and standardized delivery,Lifecycle management for instance running state,It is driven by the basic life cycle actions of the resource.

然而,Lifecycle management for some complex applications,Basic resource manipulation is not very competent,It also needs to be based on its own characteristics of the application,Add additional actions at some key lifecycle nodes.

因此,CoreOSfirst advocatedOperator的理念,That is, encoding application-specific operational knowledge into software,利用功能强大的Kubernetes抽象来正确地运行和管理应用程序.

 

那么Helm能给我们带来什么呢？

完整的应用通常不只是简单的deployment,StatefulSet等负载资源,Usually also includes the configured（服务）service,（数据交互）PV/PVC,（证书）configmap等一系列资源,我们在进行实例下发、升级、When updating a series of life cycle operations such as iteration,These resources are all that we need to consider as a whole.

To：HelmCan help developers complete application packaging、版本管理、应用的创建删除、升级更新等生命周期管理操作.

 

3.Operator机制

以分布式系统为代表的有状态应用,并不像Web应用一样“开箱即用”,These systems require application domain-specific knowledge to scale、升级和重新配置,while preventing data loss or unavailability.

怎么说呢,Operatornot a tool,It's just a way of thinking that we exist to solve problems,Coding application-specific operational knowledge into software,Then use the powerfulKubernetesAbstraction to properly run and manage applications.

 

那么Helm和OperatorWhat is the difference or difference?？

对比：

Helm是一种标准化的普适性工具,主要目标是将K8S资源模块化,for us to manage and share,and reused in different configurations;Operator本质上是针对特定的场景去做有状态服务,或者说针对拥有复杂应用的应用场景去简化其运维管理的工具,Operator与特定应用是一对一的关系.

 

关系：

Helm与Operator并不是完全独立的,很多OperatorCan do things like apply cluster initialization configuration,监控更新等通过一些init Container,以及Helm的Hook机制,最终也能够达到同等效果,However, these configurations can be extremely complex and difficult to maintain,得不偿失.In fact also can combine of both scenarios,比如市面上很多开源项目的OperatorThe province is throughHelm进行部署和管理的.

 

小结：

Helm是为了配置分离,Operatorthrough automated management of complex applications,两者的出发点和面向的主要目标场景不同.

 

二、工具：Helm chart模板机制

1.Helm chart架构

 

Here we first look at its core components：

Chart Repository：

Chartpackage storage warehouse,Can be public or internal,As long as it conforms to the standards of the communication protocol.

Helm Client：

Command line repository for end users,Frameworks that can initialize a package with command localization,Then put some required templates in it,The final combination is packaged into a business package,然后去发布.

• 本地chart开发.

• 管理仓库.

• 管理发布.

• 与K8S Server端交互,发送chart（releas）安装、升级或卸载请求.

 

其中,最重要的Chart包实例：

其中

chart包文件

中的关键要素：

• Chart.yaml：chart包的元数据, 包含了chart信息(比如名称、版本号)的YAML文件.

• Requirement：可选,列举chart的依赖关系.

• Chart目录：可选,列举chart的依赖关系.

• Crds目录：可选,自定义资源的定义,比如Crds的一些模板.

• Template目录：模板目录,内含go templa格式的模板文件.

• Value.yaml文件：chart的默认配置值,与templa结合,生成有效的kubernetes manifest文件.

• Values.schema.json文件：可选,JSON schema格式的valueAttribute and Specification Description.

 

Package file content example：

Here we will talk about

Template-Value

的示例：

• Chart：创建KubernetesA set of information required by the application.Chart目录：可选,chart依赖的其他chart.

• Config：contains that can be merged intochart中的配置信息,用于创建一个可发布的对象.

• Release：is a running instance combined with a specific configuration.

 

Among the built-in objects are：

• Release：代表Release对象,属性包括：Release.Name、Relaese.Namespace、Release.Revision等.

• Values:表示Values.yaml文件数据.

• Chart：表示Chart.yaml数据.

• Files：用于访问chart中非标准文件.

• Capabilities：用于获取K8S集群的一些信息 .

• -Capabilities.KubeVersion.Major：K8s的主版本.

• Template：表示当前被执行的模板.

• -Name：表示模板名.

• -BasePath：表示路径.

 

其中

Release

代表一次应用发布,下面是Release对象包含的属性字段：

1.Release.Name-release的名字,一般通过Chart.yaml定义,或者通过heml命令在安装应用的时候指定.

2. Release.Time-release安装时间.

3.Release.Namespace-K8s名字空间.

4.Release.Revision-release版本号,每次更新都会加一.

5.Release.lsUpgrade-true代表当前release是一次更新.

6.Release.lsInstall-true代表当前release是一次安装.

7.Release.Service-release服务的名称(始终是Helm).

To：在chartfiles starting with an underscore in,become a child template.

 

2.Hook机制

KubernetesProvides a container for the life of the container

两种钩子（hook）

,分别是postStart与preStop

两种事件：

PostStart：

在容器启动之后,PostStart hook会立即被执行,需要注意的是,容器里的ENTRYPOINT与PostStart hookThe order of execution is not determined.

PreStop：

Executed before the container is terminated,in a blocking way,也就是必须在PreStop hook执行完毕之后,The action of destroying the container will be executed.

Chart依赖管理：

Requirement.yamlfile will be listedchart之间的依赖关系,有了依赖关系文件,就可以通过运行helm dependency update,Put all the specified dependencies in the filechart下载到chart/目录下.

To：chartThe contents of the directory can be manually managed and maintained.

 

 

三、大脑：Operator机制

1.Operator原理——扩展Kubernetes API,定义应用

标准的API定义：/apis/{group}/{version}/namespace/{namespace}/{kind}${name}

 

Operator原理-Kubernetes Controller机制（如图）

 

Operator原理-实现Operator,管理应用（如图）

In fact, the mechanism is almost the same,Just a change in thinking.

2.Operator自身管理-Operator Framework

Among the key components and concepts：

1.Operator Lifecycle Manager：Responsible for managing specific applications andOperator的生命周期.

2.应用业务Operator：由开发者针对特定应用业务开发的Operator本身.

3.Operator Registry：存储CSVApplication configuration consisting of custom resource definitions, etc..

4.ClusterServiceVersion（CSV）：由Operator元数据创建的YAML清单,Can run in a clusterOperator.

5.Subscription:通过跟踪安装包中的channel保证CSV版本更新.

6.InstallPlan：计算自动安装或升级CSV过程中需创建的资源集合.

 

 

四、总结

1.Helm小结：

我们可以将Helm看作Kubernetes下的apt-get/yum.Helm是Deist开发的一个用于Kubernetes的

包管理器

.

1.对于应用发布者而言,可以通过Helm打包应用,管理应用依赖关系,Manage app versions and publish to app repositories.

2.对于使用者而言,使用Helm后不用需要了解Kubernetes的yaml语法并编写应用部署文件,可以通过Helm下载并在Kubernetes上安装需要的应用.

3.除此之外,Helm还提供了Kubernetes上的软件部署、删除、升级、Ability to roll back an application

 

2.Operator小结：

Kubernetes Operator是一种封装、部署、和管理Kubernetes应用的方法.

Kubernetes Operator is an application specific controller,可扩展Kubernetes API的功能,来代表Kubernetes用户创建、配置和管理复杂应用的实例.

Operator基于基本Kubernetes资源和控制器概念构建,但又涵盖了特定领域或应用的知识,用于实现其所管理软件的整个生命周期的自动化.