[雲端] K8S / Operator / ByGPT === ###### tags: `雲端 / K8s` ###### tags: `雲端`, `K8s`, `operator`, `GPT`, `ChatGPT`, `討論` <br> ![](https://i.imgur.com/e8fblgr.png) [TOC] <br> ## 討論 ## Kubernetes Operator 學習大綱 - ### Question 我有基礎的 K8s 知識，目前想要進一步學習 k8s operator，能幫我列出學習大綱？ - ### gpt-4o-2024-11-20 ## **基礎部分：了解 Kubernetes Operator 的概念** 1. **Operator 的基本概念** - Operator 的定義與用途 - 什麼是 Custom Resource (CR) 與 Custom Resource Definition (CRD) - Operator 與 Kubernetes Controller 的關係 2. **使用現有 Operator** - 安裝並操作常見的 Operator（如 Prometheus Operator、MySQL Operator） - 使用 Helm 部署 Operator - 學習 Operator 的典型使用場景 3. **Operator Patterns** - Level 1: Basic CRUD Operators - Level 2: Advanced Management Operators - Level 3: Full Lifecycle Management Operators --- ## **中級部分：Operator 的開發與實作** 4. **Operator SDK 工具** - 安裝 Operator SDK - Operator SDK 的基本工作流程 - 使用 Helm 或 Ansible 開發簡單的 Operator - Go-based Operator 開發基礎（進階選項） 5. **撰寫自定義 Controller** - Kubernetes Controller 的結構 - Informer、Lister 與 Reconciler 的使用 - 練習撰寫一個監控自定義資源的 Controller 6. **深入了解 Custom Resource** - 設計 CRD YAML 文件 - CR 的 Validation 與 Defaulting 設定 - CR 的版本升級與 schema 演進 7. **操作性測試與 Debug** - 使用 kubectl debug Operator - 驗證 Operator 是否正確管理 Kubernetes 資源 - 撰寫 E2E 測試來驗證 Operator 的行為 --- ## **進階部分：高效與穩定性設計** 8. **進階功能設計** - 設計多階段資源管理（如初始化、更新、刪除） - 使用 Finalizer 處理清理工作 - 實作 Event Recorder 提供操作記錄 9. **提高 Operator 的可用性與穩定性** - Leader Election 機制 - Operator 的高可用部署 - 監控與 Logging 的最佳實踐 10. **Operator 的性能優化** - 高效的資源篩選與監控 - Rate Limiting 與 Backoff 機制的應用 - 優化 Reconcile Loop 性能 --- ## **實戰與進一步探索** 11. **實作專案** - 建立一個簡單的應用，例如 ConfigMap 或 Pod 管理 Operator - 完整的 CI/CD 流程集成（如使用 GitHub Actions 或 Jenkins） - 進一步擴展專案至多階段資源管理 12. **探索 Operator Framework** - Operator Lifecycle Manager (OLM) 的使用 - 建立 Operator 的 Catalog 與分發方式 - Operator 的 Helm 包裝與發布 13. **學習案例** - 閱讀與學習開源 Operator 的設計（如 Cert-Manager、ArgoCD Operator） - 分析這些專案的 CRD 設計與 Reconcile 邏輯 14. **持續進修** - 參與 CNCF Operator SIG（Special Interest Group） - 追蹤 Kubernetes 的新版本更新，學習新功能如何應用於 Operator --- 這些大綱涵蓋了 Operator 的設計、開發、測試與維運管理。你可以先從基礎部分開始，逐步挑戰更高級的功能，最後通過實作專案和參與開源社區來鞏固學習成果。如果需要學習資源或範例程式碼，可以隨時參考相關資料！ <br> <hr> <br> ## 1. Operator 的基本概念 - ### Question 請針對 「1. **Operator 的基本概念**」設計課程，讓我學習，包含練習題並提供對應的答案 - ### gpt-4o-2024-11-20 > Kubernetes Operator 基本概念課程與練習題 --- ## **課程目標** 1. 瞭解 Kubernetes Operator 的基本概念與作用。 2. 了解 Custom Resource (CR) 與 Custom Resource Definition (CRD) 的意義與用途。 3. 理解 Operator 與 Kubernetes Controller 的關係。 4. 學會如何安裝與操作簡單的 Operator。 --- ## **課程內容** ### **1.1 Operator 的定義與用途** - **什麼是 Operator？** - Operator 是用來擴展 Kubernetes 功能的控制程式，幫助自動化應用程式的維運任務。 - 例如：資料庫的安裝、備份與恢復、服務滾動升級等。 - **Operator 的好處** - 自動化繁瑣的日常維運任務。 - 遵循 Kubernetes 的宣告式配置風格。 - 提供一致且可擴展的資源管理。 --- ### **1.2 Custom Resource (CR) 與 Custom Resource Definition (CRD)** - **CRD 是什麼？** - CRD 是 Kubernetes 提供的一種機制，允許開發者定義自訂資源（Custom Resource, CR）。 - **CR 是什麼？** - CR 是基於 CRD 定義的具體資源實例。 - **範例：簡單的 CRD** ```yaml= apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1 kind: CustomResourceDefinition metadata: name: examples.mycompany.com spec: group: mycompany.com versions: - name: v1 served: true storage: true scope: Namespaced names: plural: examples singular: example kind: Example shortNames: - ex ``` - **範例：基於 CRD 的 CR** ```yaml= apiVersion: mycompany.com/v1 kind: Example metadata: name: example-resource spec: field: "value" ``` --- ### **1.3 Operator 與 Kubernetes Controller 的關係** - **Controller 是什麼？** - Controller 是 Kubernetes 的核心概念，負責監視資源的當前狀態，並確保其達到期望狀態。 - **Operator 與 Controller 的差異** - Operator 是基於 Controller 的進一步抽象，專門為某類應用程式的維運設計。 --- ## **練習題與答案** ### **練習題 1: 選擇題** **問題**：以下哪一項描述正確地說明了 Kubernetes Operator 的作用？ 1. Operator 主要用於節點資源的分配與管理。 2. Operator 是一種用來自動化應用程式維運工作的工具。 3. Operator 是 Kubernetes 的內建功能，無需任何安裝或配置。 4. Operator 只能管理 Pod 資源。 **答案**：2 --- ### **練習題 2: 填空題** **問題**： 在 Kubernetes 中，____ 是用來定義自訂資源的結構，而 ____ 是基於該結構的具體資源實例。 **答案**： CRD, CR --- ### **練習題 3: 配對題** **問題**：將以下術語與其對應的描述配對： 1. Operator 2. Controller 3. CRD 4. CR A. 自訂資源的實例 B. 監控資源狀態並使其達到期望狀態的邏輯 C. 擴展 Kubernetes 功能的控制程式 D. 定義自訂資源結構的 Kubernetes 機制 **答案**： 1 - C 2 - B 3 - D 4 - A --- ### **練習題 4: 動手操作** **問題**： 請使用以下範本 YAML 文件，完成以下操作： 1. 建立一個簡單的 CRD。 2. 定義一個基於該 CRD 的 CR。 3. 使用 `kubectl` 檢查該 CR 是否成功建立。 **CRD 範本**： ```yaml= apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1 kind: CustomResourceDefinition metadata: name: books.example.com spec: group: example.com versions: - name: v1 served: true storage: true scope: Namespaced names: plural: books singular: book kind: Book ``` - [TJ] 從 Kubernetes 1.22 開始，CRD 必須引入 schema，否則會有 error - error: `The CustomResourceDefinition "books.example.com" is invalid: spec.versions[0].schema.openAPIV3Schema: Required value: schemas are required` - yaml 修正如下 ```yaml= apiVersion: apiextensions.k8s.io/v1 kind: CustomResourceDefinition metadata: name: books.example.com spec: group: example.com names: plural: books singular: book kind: Book shortNames: - bk scope: Namespaced versions: - name: v1 served: true storage: true schema: openAPIV3Schema: type: object properties: spec: type: object properties: title: type: string author: type: string ``` **CR 範本**： ```yaml= apiVersion: example.com/v1 kind: Book metadata: name: my-book spec: title: "Learning Kubernetes" author: "Jane Doe" ``` **操作指令**： 1. 建立 CRD： ```bash kubectl apply -f crd.yaml ``` 2. 建立 CR： ```bash kubectl apply -f cr.yaml ``` 3. 確認資源： ```bash kubectl get book my-book ``` - 執行結果 ``` $ kubectl get book NAME AGE my-book 88s ``` **預期結果**： - 檢查輸出應顯示 `my-book` 資源已成功建立，並可檢視其細節。 --- 透過這些課程與練習題，你將能夠系統性地學習 Operator 的基本概念並實際操作，為進一步的學習奠定基礎。 - ### 複習術語 - **CRD**：CRD 是 Kubernetes 提供的一種機制，允許開發者定義自訂資源（Custom Resource, CR）。 - **CR**：是基於 CRD 定義的具體資源實例。 - **Controller**：是負責監視資源的當前狀態，並確保其達到期望狀態。 - **Operator 與 Controller 的差異** - Operator 是基於 Controller 的進一步抽象，專門為某類應用程式的維運設計。 <br> <hr> <br> ## 2. 使用現有 Operator - ### Question 請針對 「2. 使用現有 Operator」設計課程，讓我學習，包含練習題並提供對應的答案。 ``` 2. 使用現有 Operator - 安裝並操作常見的 Operator（如 Prometheus Operator、MySQL Operator） - 使用 Helm 部署 Operator - 學習 Operator 的典型使用場景 ``` - ### gpt-4o-2024-11-20 > 使用現有 Operator 課程設計 ## **課程目標** 1. 學會安裝與操作常見的 Operator。 2. 學會使用 Helm 部署 Operator。 3. 理解 Operator 在實際應用中的典型使用場景。 --- ## **課程內容** ### **2.1 安裝與操作常見的 Operator** #### Prometheus Operator 簡介 Prometheus Operator 是用來管理 Prometheus 叢集的 Operator，主要功能包括： - 自動化 Prometheus 和 Alertmanager 的部署。 - 自動生成監控目標配置。 - 支援 Kubernetes 資源的自動化監控。 #### 安裝 Prometheus Operator 1. 添加 Helm Repository： ```bash helm repo add prometheus-community https://prometheus-community.github.io/helm-charts helm repo update ``` - 備註： - https://github.com/prometheus-community/helm-charts/ (這邊有說明) 2. 安裝 Prometheus Operator： ```bash helm install prometheus-operator prometheus-community/kube-prometheus-stack --namespace monitoring --create-namespace ``` - 備註： ``` # helm install <release-name> <repo/chart-name> --namespace <namespace> Usage: helm install [NAME] [CHART] [flags] ``` - `<release-name>`: NAME=prometheus-operator - `<repo/chart-name>`: CHART=prometheus-community/kube-prometheus-stack 3. 驗證安裝： ```bash kubectl get pods -n monitoring ``` 確保所有 Pod（如 Prometheus、Alertmanager）都處於 `Running` 狀態。 #### MySQL Operator 簡介 MySQL Operator 用來管理 MySQL 叢集，具備： - 自動化 MySQL 節點的部署與擴容。 - 支援資料備份與恢復。 - 提供高可用性配置。 #### 安裝 MySQL Operator 1. 添加 Bitnami Helm Repository： ```bash helm repo add bitnami https://charts.bitnami.com/bitnami helm repo update ``` 2. 安裝 MySQL Operator： ```bash helm install mysql-operator bitnami/mysql-operator --namespace mysql --create-namespace ``` 3. 驗證安裝： ```bash kubectl get pods -n mysql ``` --- ### **2.2 使用 Helm 部署 Operator** #### 什麼是 Helm？ Helm 是 Kubernetes 的套件管理工具，簡化了應用程式與 Operator 的部署過程。 #### Helm 部署的基本流程 1. 添加 Helm Repository。 2. 搜索並查詢 Chart： ```bash helm search repo <chart-name> ``` - 補充： ``` # 搜尋 prometheus 關鍵字 $ helm search repo prometheus NAME CHART VERSION APP VERSION DESCRIPTION bitnami/kube-prometheus 10.1.1 0.78.2 Prometheus Operator provides easy monitoring de... bitnami/prometheus 1.3.29 2.55.1 Prometheus is an open source monitoring and ale... bitnami/wavefront-prometheus-storage-adapter 2.3.3 1.0.7 DEPRECATED Wavefront Storage Adapter is a Prome... prometheus-community/kube-prometheus-stack 66.3.1 v0.78.2 kube-prometheus-stack collects Kubernetes manif... prometheus-community/prometheus 26.0.0 v3.0.0 Prometheus is a monitoring system and time seri... prometheus-community/prometheus-adapter 4.11.0 v0.12.0 A Helm chart for k8s prometheus adapter prometheus-community/prometheus-blackbox-exporter 9.1.0 v0.25.0 Prometheus Blackbox Exporter prometheus-community/prometheus-cloudwatch-expo... 0.26.0 0.16.0 A Helm chart for prometheus cloudwatch-exporter prometheus-community/prometheus-conntrack-stats... 0.5.13 v0.4.21 A Helm chart for conntrack-stats-exporter prometheus-community/prometheus-consul-exporter 1.0.0 0.4.0 A Helm chart for the Prometheus Consul Exporter prometheus-community/prometheus-couchdb-exporter 1.0.0 1.0 A Helm chart to export the metrics from couchdb... prometheus-community/prometheus-druid-exporter 1.1.0 v0.11.0 Druid exporter to monitor druid metrics with Pr... prometheus-community/prometheus-elasticsearch-e... 6.5.1 v1.8.0 Elasticsearch stats exporter for Prometheus prometheus-community/prometheus-fastly-exporter 0.5.0 v9.0.0 A Helm chart for the Prometheus Fastly Exporter prometheus-community/prometheus-ipmi-exporter 0.5.0 v1.9.0 This is an IPMI exporter for Prometheus. prometheus-community/prometheus-json-exporter 0.14.0 v0.6.0 Install prometheus-json-exporter prometheus-community/prometheus-kafka-exporter 2.11.0 v1.8.0 A Helm chart to export the metrics from Kafka i... prometheus-community/prometheus-memcached-exporter 0.4.0 v0.15.0 Prometheus exporter for Memcached metrics prometheus-community/prometheus-modbus-exporter 0.1.2 0.4.1 A Helm chart for prometheus-modbus-exporter prometheus-community/prometheus-mongodb-exporter 3.9.0 0.42.0 A Prometheus exporter for MongoDB metrics prometheus-community/prometheus-mysql-exporter 2.8.0 v0.16.0 A Helm chart for prometheus mysql exporter with... prometheus-community/prometheus-nats-exporter 2.17.0 0.15.0 A Helm chart for prometheus-nats-exporter prometheus-community/prometheus-nginx-exporter 0.2.2 0.11.0 A Helm chart for NGINX Prometheus Exporter prometheus-community/prometheus-node-exporter 4.42.0 1.8.2 A Helm chart for prometheus node-exporter prometheus-community/prometheus-opencost-exporter 0.1.1 1.108.0 Prometheus OpenCost Exporter prometheus-community/prometheus-operator 9.3.2 0.38.1 DEPRECATED - This chart will be renamed. See ht... prometheus-community/prometheus-operator-admiss... 0.17.0 0.78.1 Prometheus Operator Admission Webhook prometheus-community/prometheus-operator-crds 16.0.1 v0.78.2 A Helm chart that collects custom resource defi... prometheus-community/prometheus-pgbouncer-exporter 0.5.0 v0.10.2 A Helm chart for prometheus pgbouncer-exporter prometheus-community/prometheus-pingdom-exporter 2.5.0 20190610-1 A Helm chart for Prometheus Pingdom Exporter prometheus-community/prometheus-pingmesh-exporter 0.4.0 v1.2.1 Prometheus Pingmesh Exporter prometheus-community/prometheus-postgres-exporter 6.6.0 v0.16.0 A Helm chart for prometheus postgres-exporter prometheus-community/prometheus-pushgateway 2.15.0 v1.10.0 A Helm chart for prometheus pushgateway prometheus-community/prometheus-rabbitmq-exporter 1.12.1 v0.29.0 Rabbitmq metrics exporter for prometheus prometheus-community/prometheus-redis-exporter 6.8.0 v1.66.0 Prometheus exporter for Redis metrics prometheus-community/prometheus-smartctl-exporter 0.11.0 v0.12.0 A Helm chart for Kubernetes prometheus-community/prometheus-snmp-exporter 5.6.0 v0.26.0 Prometheus SNMP Exporter prometheus-community/prometheus-sql-exporter 0.2.0 v0.5.8 Prometheus SQL Exporter prometheus-community/prometheus-stackdriver-exp... 4.6.2 v0.16.0 Stackdriver exporter for Prometheus prometheus-community/prometheus-statsd-exporter 0.15.0 v0.28.0 A Helm chart for prometheus stats-exporter prometheus-community/prometheus-systemd-exporter 0.3.0 0.6.0 A Helm chart for prometheus systemd-exporter prometheus-community/prometheus-to-sd 0.4.2 0.5.2 Scrape metrics stored in prometheus format and ... prometheus-community/prometheus-windows-exporter 0.7.1 0.29.2 A Helm chart for prometheus windows-exporter prometheus-community/alertmanager 1.13.1 v0.27.0 The Alertmanager handles alerts sent by client ... prometheus-community/alertmanager-snmp-notifier 0.4.0 v1.6.0 The SNMP Notifier handles alerts coming from Pr... prometheus-community/jiralert 1.7.1 v1.3.0 A Helm chart for Kubernetes to install jiralert prometheus-community/kube-state-metrics 5.27.0 2.14.0 Install kube-state-metrics to generate and expo... prometheus-community/prom-label-proxy 0.10.0 v0.11.0 A proxy that enforces a given label in a given ... bitnami/grafana-mimir 1.2.23 2.14.2 Grafana Mimir is an open source, horizontally s... bitnami/node-exporter 4.4.18 1.8.2 Prometheus exporter for hardware and OS metrics... bitnami/thanos 15.8.4 0.37.1 Thanos is a highly available metrics system tha... grafana/loki 2.16.0 v2.6.1 Loki: like Prometheus, but for logs. grafana/loki-stack 2.10.2 v2.9.3 Loki: like Prometheus, but for logs. grafana/snyk-exporter 0.1.0 v1.4.1 Prometheus exporter for Snyk. bitnami/kube-state-metrics 4.2.17 2.14.0 kube-state-metrics is a simple service that lis... bitnami/mariadb 20.1.1 11.4.4 MariaDB is an open source, community-developed ... bitnami/mariadb-galera 14.0.14 11.4.4 MariaDB Galera is a multi-primary database clus... ``` - 找到完整名稱：`prometheus-community/kube-prometheus-stack` 3. 安裝 Chart： ```bash helm install <release-name> <repo/chart-name> --namespace <namespace> ``` #### 使用 Helm 部署的好處 - 提供參數化的配置選項，支援應用的自訂化部署。 - 易於管理與升級 Operator。 --- ### **2.3 Operator 的典型使用場景** 1. **監控與告警**： - 使用 Prometheus Operator 部署 Prometheus 和 Alertmanager，對 Kubernetes 資源進行監控與告警配置。 - 實現自動化的監控目標發現與更新。 2. **資料庫管理**： - 使用 MySQL Operator 自動化 MySQL 節點的安裝與維運。 - 配置資料備份排程，確保資料安全。 3. **CI/CD Pipeline**： - 使用 Operator 管理 CI/CD 系統（如 Jenkins Operator）。 - 自動化任務排程與執行。 --- ## **練習題與答案** ### **練習題 1: 選擇題** **問題**：以下哪一項是 Operator 的主要用途？ 1. 為 Kubernetes 提供自動化的應用管理功能。 2. 用於監控 Kubernetes 節點的健康狀態。 3. 管理 Kubernetes 的核心元件（如 etcd）。 4. 替代 Helm Chart 部署應用。 **答案**：1 --- ### **練習題 2: 填空題** **問題**： Prometheus Operator 主要用於 __________，而 MySQL Operator 則用於 __________。 **答案**： 監控與警告、自動化資料庫管理 --- ### **練習題 3: 動手操作** **問題**： 請完成以下操作步驟： 1. 使用 Helm 安裝 Prometheus Operator，並將其安裝到 `monitoring` 命名空間。 2. 驗證 Prometheus 是否成功部署。 3. 查詢 Prometheus 的服務資訊。 **操作指令**： 1. 安裝： ```bash helm install prometheus-operator prometheus-community/kube-prometheus-stack --namespace monitoring --create-namespace ``` 2. 驗證： ```bash kubectl get pods -n monitoring ``` 3. 查詢服務資訊： ```bash kubectl get svc -n monitoring ``` **預期結果**： - `kubectl get pods` 應顯示 Prometheus 和 Alertmanager 的 Pod 均處於 `Running` 狀態。 ``` $ kubectl get pods -n monitoring NAME READY STATUS RESTARTS AGE alertmanager-prometheus-operator-kube-p-alertmanager-0 2/2 Running 0 4h26m prometheus-operator-grafana-6754d6b849-c2q9z 3/3 Running 0 4h26m prometheus-operator-kube-p-operator-7b5749bdd4-24qh5 1/1 Running 0 4h26m prometheus-operator-kube-state-metrics-98775c786-zjwgc 1/1 Running 0 4h26m prometheus-operator-prometheus-node-exporter-j2rc7 1/1 Running 0 4h26m prometheus-prometheus-operator-kube-p-prometheus-0 2/2 Running 0 4h26m ``` - `kubectl get svc -n monitoring` 應顯示 Prometheus 和 Alertmanager 的服務資訊（例如：ClusterIP 或 NodePort）。 ``` $ kubectl get svc -n monitoring NAME TYPE CLUSTER-IP EXTERNAL-IP PORT(S) AGE alertmanager-operated ClusterIP None <none> 9093/TCP,9094/TCP,9094/UDP 4h43m prometheus-operated ClusterIP None <none> 9090/TCP 4h43m prometheus-operator-grafana ClusterIP 192.168.234.102 <none> 80/TCP 4h43m prometheus-operator-kube-p-alertmanager ClusterIP 192.168.229.119 <none> 9093/TCP,8080/TCP 4h43m prometheus-operator-kube-p-operator ClusterIP 192.168.225.86 <none> 443/TCP 4h43m prometheus-operator-kube-p-prometheus ClusterIP 192.168.229.54 <none> 9090/TCP,8080/TCP 4h43m prometheus-operator-kube-state-metrics ClusterIP 192.168.227.195 <none> 8080/TCP 4h43m prometheus-operator-prometheus-node-exporter ClusterIP 192.168.232.127 <none> 9100/TCP 4h43m ``` --- ### **練習題 4: 思考題** **問題**： 在什麼情況下會選擇使用 Operator 而非單純的 Kubernetes Deployment？ **答案（參考）**： - 當需要自動化應用的複雜維運任務（如備份、滾動升級）時，使用 Operator 是更高效的選擇。 - 當應用需要自訂的監控與管理功能（例如：動態資源配置）時，Operator 更加靈活。 - Operator 也適用於多階段部署流程，能自動處理應用狀態的變化。