随着应用程序的复杂性和规模的增长，使用 Kubernetes 进行应用部署和管理已成为一种趋势。在 Kubernetes 集群中，事件驱动控制器是一种重要的机制，它可以将容器环境中发生的任何变化（例如 Pod 的启动、删除、失败）转换为事件，并在该事件发生时自动执行相应的操作。这篇文章将介绍 Kubernetes 中的事件驱动控制器，包括它的原理、使用方法以及示例代码。
原理
Kubernetes 中的事件驱动控制器是由一个称为 controller-runtime 的开源项目提供的库。该库可以监视 Kubernetes API 中的资源对象并在发生变化时采取行动。它使用 Kubernetes 中的 Informer 和 Lister 机制来监视资源对象的状态变化，并使用自定义的逻辑来响应这些变化。
控制器的原理是基于反应式编程（Reactive Programming）。反应式编程是一种针对异步数据流的编程范式，它将数据流视为一个事件序列，通过定义监听事件和响应事件的处理逻辑来实现软件系统的可靠性、稳定性和可扩展性。在 Kubernetes 中，事件驱动控制器就是一个响应式编程的实例。
使用方法
要使用事件驱动控制器，需要定义一个控制器并使用该控制器来观察和响应 Kubernetes 资源对象的状态变化。具体步骤如下：
- 定义控制器对象和所需要监视的资源对象的类型。
//定义一个新的控制器
type MyController struct {
Logger logr.Logger
// 定义客户端和 scheme
Client client.Client
Scheme *runtime.Scheme
// 定义需要监视的资源对象：Pod
PodInformer coreinformers.PodInformer
// 定义实现核心逻辑的处理方法
EventHandler func(obj interface{})
}
// 为 MyController 实现一个新的 Reconciler 接口来控制 Pod 对象
func (c *MyController) Reconcile(ctx context.Context, req ctrl.Request) (ctrl.Result, error) {
pod := &corev1.Pod{}
if err := c.Client.Get(ctx, req.NamespacedName, pod); err != nil {
// 无法找到 Pod，返回不可恢复的错误
return ctrl.Result{}, client.IgnoreNotFound(err)
}
c.EventHandler(pod)
return ctrl.Result{}, nil
}- 创建控制器并获取监视对象
// 创建控制器
myController := &MyController{
Logger: log.WithName("MyController"),
Client: mgr.GetClient(),
Scheme: mgr.GetScheme(),
}
// 创建(instantiate)一个新的客户端(informer)来监视Pod的创建和更新
myController.PodInformer = coreinformers.NewFilteredPodInformer(
mgr.GetClient(), metav1.NamespaceAll, 0, cache.Indexers{},
)- 将控制器与资源对象相结合
// 将事件处理程序绑定到控制器上的处理方法中
myController.EventHandler = func(obj interface{}) {
// 处理 Pod 对象的更新事件
}- 启动事件处理
// 启动事件处理
if err := mgr.Add(myController); err != nil {
panic(fmt.Sprintf("Failed to start controller: %v", err))
}
// Block until the controller is stopped
<-stop示例代码
在此我们演示一个基于 Kubernetes 事件驱动控制器实现的示例代码，该示例在容器环境中运行的 Pod 数量超出预配置容量时将自动调整 Pod 总数以适应当前负载。
package main
import (
"context"
"flag"
"fmt"
"math"
"math/rand"
"os"
"time"
corev1 "k8s.io/api/core/v1"
metaV1 "k8s.io/apimachinery/pkg/apis/meta/v1"
"k8s.io/apimachinery/pkg/types"
"k8s.io/apimachinery/pkg/util/wait"
"k8s.io/client-go/kubernetes"
"k8s.io/client-go/rest"
"k8s.io/client-go/tools/cache"
"k8s.io/client-go/util/workqueue"
"k8s.io/klog"
"github.com/kubernetes-sigs/controller-runtime/pkg/client/config"
ctrl "sigs.k8s.io/controller-runtime"
"sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/client"
"sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/client/apiutil"
"sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/client/config/clientset/versioned"
ctrllog "sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/log"
ctrlmgr "sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/manager"
)
var (
log = ctrllog.Log.WithName("controller")
podSelector = metaV1.ListOptions{
LabelSelector: "app=myapp",
}
podNamespacedName = types.NamespacedName{}
updateInterval = flag.Duration("update-interval", time.Minute, "Interval for resyncing pods")
)
func init() {
rand.Seed(time.Now().UnixNano())
}
func main() {
flag.Parse()
// Create a new REST client to access the Kubernetes API server.
cfg, err := config.GetConfig()
if err != nil {
panic(err)
}
client, err := kubernetes.NewForConfig(cfg)
if err != nil {
panic(err)
}
// Get the namespace in which to run the controller.
namespace, ok := os.LookupEnv("MY_NAMESPACE")
if !ok {
namespace = "default"
}
// Determine the API version and resource type of the Pod objects.
kind := "Deployment"
plural := "deployments"
groupVersion, err := apiutil.GuessGroupVersion(client.Discovery())
if err != nil {
panic(err)
}
gvk := groupVersion.WithKind(kind)
// Create a new dynamic client to access the API server.
clientSet, err := versioned.NewForConfig(cfg)
if err != nil {
panic(err)
}
dynamicClient := clientSet.Dynamic()
// Create a new controller manager and set up informers for Pods and Deployments.
mgr, err := ctrlmgr.New(cfg, ctrlmgr.Options{
Scheme: apiutil.NewScheme(),
MetricsBindAddress: "0",
Port: 9443,
LeaderElection: false,
Namespace: namespace,
})
if err != nil {
panic(err)
}
// Create a new workqueue to hold the Pods that need to be updated.
queue := workqueue.NewRateLimitingQueue(workqueue.DefaultControllerRateLimiter())
// Define a closure that will update the number of replicas in the Deployment.
update := func(ctx context.Context, deployment client.Object) error {
// Fetch the list of Pods.
podList, err := client.CoreV1().Pods(namespace).List(ctx, podSelector)
if err != nil {
return err
}
// Calculate the desired number of replicas.
desiredReplicas := int(math.Ceil(float64(len(podList.Items)) / 10))
var replicas int32
replicas = int32(desiredReplicas)
// Update the number of replicas in the Deployment.
deployment.(*corev1.Pod).Spec.Containers.[0](ctx, &corev1.Pod{
Spec: corev1.DeploymentSpec{
Replicas: &replicas,
},
})
klog.Infof("updated replicas to %d", replicas)
return nil
}
// Define a new EventHandler to handle events for Pod objects.
podHandlerFuncs := cache.ResourceEventHandlerFuncs{
AddFunc: func(obj interface{}) {
if _, ok := obj.(*corev1.Pod); !ok {
return
}
klog.Infof("pod added: %v", obj)
queue.Add(obj)
},
DeleteFunc: func(obj interface{}) {
if _, ok := obj.(*corev1.Pod); !ok {
return
}
klog.Infof("pod deleted: %v", obj)
queue.Add(obj)
},
}
// Set up the informers for Pods and Deployments.
podInformer := cache.NewSharedIndexInformer(
cache.NewListWatchFromClient(client.CoreV1().RESTClient(), "pods", namespace, podSelector),
&corev1.Pod{},
time.Duration(0),
cache.Indexers{},
)
podInformer.AddEventHandler(podHandlerFuncs)
deploymentInformer := cache.NewSharedIndexInformer(
cache.NewListWatchFromClient(dynamicClient.Resource(gvk).Namespace(namespace), plural, namespace, nil),
&corev1.Pod{},
time.Duration(0),
cache.Indexers{},
)
// Start the informers for Pods and Deployments.
go podInformer.Run(wait.NeverStop)
go deploymentInformer.Run(wait.NeverStop)
// Wait for the caches to fill up before starting the controller.
klog.Infof("waiting for cache to sync")
if !cache.WaitForCacheSync(wait.NeverStop, podInformer.HasSynced) {
panic("failed to sync cache")
}
if !cache.WaitForCacheSync(wait.NeverStop, deploymentInformer.HasSynced) {
panic("failed to sync cache")
}
klog.Infof("cache synced")
// Define a closure that will handle new items from the workqueue.
reconcilePod := func(obj interface{}) error {
pod, ok := obj.(*corev1.Pod)
if !ok {
// The item in the queue is not a Pod object.
return nil
}
klog.Infof("reconciling pod: %v/%v", pod.Namespace, pod.Name)
// Try to get the Deployment object with the same name as the Pod.
dep, err := dynamicClient.Resource(gvk).Namespace(namespace).Get(context.Background(), pod.Name, metaV1.GetOptions{})
if err != nil {
return err
}
// Update the number of replicas in the Deployment.
if err = update(context.Background(), dep); err != nil {
return err
}
// The item has been processed and can be removed from the queue.
queue.Forget(obj)
return nil
}
// Start the controller.
if err = ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
For(&corev1.Pod{}).
Complete(NewReconciler(client, reconcilePod, podInformer, queue)); err != nil {
panic(err)
}
// Run forever.
klog.Infof("starting manager")
if err := mgr.Start(ctrl.SetupSignalHandler()); err != nil {
panic(err)
}
}
// NewReconciler returns a new Controller using the given parameters and adds the Controller
// to the Manager. When NewReconciler is called, the caller is responsible for starting the Manager.
func NewReconciler(client client.Client, reconcilePod func(obj interface{}) error,
podInformer cache.SharedIndexInformer, queue workqueue.RateLimitingInterface) (ctrlmgr.Runnable, error) {
return &ctrl.Controller{
Client: client,
Queue: queue,
Reconciler: ctrl.FuncHandler{Fn: reconcilePod},
}, nil
}
总结
本篇文章介绍了 Kubernetes 中的事件驱动控制器，包括它的原理、使用方法以及示例代码。通过实践可以发现，使用事件驱动控制器能够提高应用程序的可靠性、稳定性和可扩展性，也为开发人员提供了更加灵活的方式来管理和监视 Kubernetes 中的资源对象。
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