Operator Pattern：用 Go 扩展 K8s 的最佳实践 吴学强 ApeCloud KubeBlocks Maintainer & 研发总监 目 录 认识我们 00 什么是 Operator 01 Operator 基础模型 02 Operator 最佳实践 03 我们是谁 云猿生（ApeCloud）是一家提供数据库内核与管理平台的基 础软件开发商. KubeBlocks Operator Pattern 2015.11 2016.12 2017.12 Now K8s 1.1 版本中正式推出 TPR （ThirdPartyResource），首次尝 试解决 K8s API 的扩展性问题， 但存在诸多问题，Alpha 阶段既 夭折 CoreOS 提出 Operator 概念，用 于管理和运行基于应用程序领 域的复杂有状态应用程序。 给出了用 TPR + controller- 加入 K8s 社 区并正式发布； 自此，CRD + controller-runtime 逐渐成为开发 operator 的首选 Operator Pattern 是官方定义的标准扩 展机制，是 K8s Native Application; Operator = CRD + control loop, i.e, Declaretive API + Automation; kubebuilder

Storage, DNS, Load Balancer, Security) master master api api © 2017 Rancher Labs, Inc. Kubernetes 1.7的扩展特性 • API aggregation(beta) • CustomResourceDefinitions(beta) • Support for extensible admission controllers

1 阿里云 — 云原生应用平台团队 孙健波/周正喜 基于 Kubernetes 构建标准可扩展的云原生应用管理平台 2 3 有奖品？ 我的工作内容？ • 构建云原生应用管理平台 @ 阿里巴巴 Kubernetes 工程师 PaaS 工程师 基础设施运维工程师 … YAML 工程师 我们是如何构建的？ PaaS Serverless Operator Platform 研发与运维人员日益增长的应用管理诉求 传统 PaaS 有限的、不可扩展的专有API 与能力 K8s 生态“无限”的应用基础设施能力 不停构建“PaaS”平台不是“银弹” 与其 基于 K8s 构建平台 不如 把 K8s 变成面向开发者的平台 构建一个具备“以应用为中心的 API 抽象”、“用户友好” 且“高度可扩展”的 K8s！ 以应用为中心的 API 抽象 • 应用的工作负载和运维能力的抽象程度越高，用户体验越好 route $ rio up riofile 抽象程度 vs 可扩展性 • 随着抽象程度的增高可以显著降低学习曲线，但是却不得不在扩展性上妥协 抽象程度 可扩展性 高 低 低 高 CRD + Controllers = Everything 通过编写遵循严格限制 的 Buildpack 和 Addon 进行扩展 没有直接扩展 工作负载 和 运维能力 的途径 通过 annotations

Reserved. 14 7. OIDC for GitHub Actions 试验 推荐实现 CI/CD 的零信任安全的技术之一是通过使用 OpenID Connect（OIDC）等联合身份机制对流水线进行 身份验证，以访问云服务。这一重要的技术仍未被充分利用在 GitHub Actions 中，因此推荐 OIDC for GitHub Actions。通过这种方式，可以避免存储长期 系统 的健康状况与债务，可为维护和增强系统提供结构化的循证战略。 14. 对告警规则的单元测试 试验 可观测性和监控对于软件团队至关重要。鉴于特定事件的不可预测性，创建具有复杂规则的准确告警机制至关 重要。然而，只有当事件真实出现时，这些规则才能得到真正的验证。对告警规则的单元测试让团队通过预先、 主动地测试和完善规则，来更好地定义规则，从而增加对规则的信心。这有助于减少误报，并确保报告真正的 问关键数据和系统，如源代码、凭据和机密数据，去构建和部署软件。这让这些系统对恶意攻击者充满了吸引 力。因此，我们强烈推荐为 CI/CD 流水线和基础设施引入零信任安全机制——尽可能少地信赖它们。这项机制 包含一系列技术：如果可行，使用云供应商提供的联合身份校验机制，如 OIDC，来验证流水线，而不是赋予它 们直接访问机密数据的权限。实行最小权限原则去最小化个人用户和执行器账户的权限，而不是使用具有无限 访问

• 平台本身支持热升级； • 组件自身HA机制，如docker； • 多地域多可用区的容灾设计 • 管理机挂掉：对应用无影响 • 计算节点挂掉：跨机迁移 • 健康探针 ① 存活探针 ② 就绪探针 • 负载均衡 • 重启机制 ① 区分异常原因 ② 本地重启/跨机重启 • 黑名单机制 • 集群核心数据的备份和恢复 ① Etcd ② 核心数据库 • 云盘机制保护应用数据 • 举例：1.4升级1.9版本 Agent流量占比对比 • 镜像下载引入BT协议 • 对Docker Daemon零入侵 • 每层分别做种 • 优化blob下载策略 发表论文：《FID: A Faster Image Distribution System for Docker Platform》 2017 IEEE 2nd International Workshops on FASW 安全 能力扩展：弹性伸缩 Pod Pod cluster-agent Cloud API 集群弹性伸缩： • 监控节点资源使用率 • 自动迁移低负载Node上的Pod，完成缩容 • 一定数量Pod因资源不足pending时，自动扩容 能力扩展：灰度升级 • 在GPU集群中有一个长时间服务应用prd-cloud-str-003-p40- cluster1。该应用有25个实例，每个实例需要2个GPU卡。用 来提供图片识别的OCR服务。

Kubernetes是⼀个旨在⾃动部署、扩展和运⾏应⽤容器的开源平台 。 使⽤Kubernetes，您可以快速有效地回应客户需求： 快速、可预测地部署应⽤。 动态缩放您的应⽤。 ⽆缝地推出新功能。 仅对需要的资源限制硬件的使⽤ 我们的⽬标是构建⼀个⽣态系统，提供组件和⼯具以减轻在公共和私有云中运⾏应⽤程序的负担。 Kubernetes是 可移植: 共有、私有、混合、多云 可扩展: 模块化、可插拔、提供Hook、可组合 。应⽤程序特定的⼯作流程可被简化，从⽽加快开发 ⼈员的速度。可接受的特别编排最初常常需要⼤规模的⾃动化。这就是为什么Kubernetes也被设计为提供构建组件和⼯ 具的⽣态系统，使其更容易部署，扩展和管理应⽤程序。 Label 允许⽤户随⼼所欲地组织他们的资源。Annotation 允许⽤户使⽤⾃定义信息来装饰资源以⽅便他们的⼯作流程， 并为管理⼯具提供检查点状态的简单⽅法。 此外， Kubernetes 您也可实现⾃⼰的定制 PaaS，与您选择的CI系统集成，或者仅使⽤Kubernetes部署容器。 由于Kubernetes在应⽤层⾯⽽⾮硬件层⾯上运⾏，因此它提供了PaaS产品通⽤的功能，例如部署，扩展，负载均衡， ⽇志和监控。然⽽，Kubernetes并不是⼀个单体，这些默认解决⽅案是可选、可插拔的。 另外Kubernetes不仅仅是⼀个编制系统 。实际上，它消除了编制的需要。编制的技术定义，就是执⾏定义的⼯作流：

pair是成对的虚拟网络设备，一端连接自己的namespace的tcp/ip协议栈， 另一端互相连接；所以veth-pair常用于充当桥梁，连通2个不同的NameSpace网 络 NameSpace是Linux 2.6.x之后的内核版本支持的特性，主要用于资源的隔离，有 了NameSpace，一个Linux系统可以抽象出多个网络子系统，各子系统都有自己 的网络设备、协议栈等，且互不影响；Docker容器服务给每个容器组创建一个 服务名称解析到service-ip，kube-proxy会想办法让访问service-ip的流量转发到真 实pod里面去，如果一个service服务后端对应多个pod，则kube-proxy会使用负 载均衡机制。 ★每创建一个service资源，就会创建一个同名的EndPoints Endpoints：记录了service的targetPort与目标pod的 ip:port映射关系，当目标pod 漂移或重启时，endpoints会自动更新 #使用h�p path: /xx/cxxx/healthz #请求的文件 port: 80 scheme: HTTP #协议，可为HTTP, HTTPS ★执行shell命令进行探测 livenessProbe: #pod存活性探测 exec:

海尔工业互联网 - 微服务之服务集成 服务总线 APP-A APP-B APP-C Gateway Auth N Auth Z 协议适配: • 提供常用协议服务的接入、转换（Dubbo，XML） • 灵活定制化的数据变换 控制能力: • 认证鉴权机制 • 流量控制 • 黑白名单 • 服务路由 可靠高效: • 分布式，高可用 • 高性能，低延迟 • 线性扩容 海尔工业互联网 宿主机 • 容器 • 应用 • 业务 业务采集指标: • 访问量 • 错误率 • 调用耗时 • 饱和度 数据采集方式: • Push：非标 • Pull： • Filebeat扩展 数据存储方式: • OpenTSDB • Prometheus • ES 数据展现方式: • 自开发页面 • Kibana 海尔工业互联网 – 才云数据解决方案 Clever

也提供稳定、兼容的基础（平台），用于构建定制化的workflows 和更 高级的自动化任务。Kubernetes 具备完善的集群管理能力，包括多层次的安全防护和准入机制、多租户应用支撑能力、透明 的服务注册和服务发现机制、内建负载均衡器、故障发现和自我修复能力、服务滚动升级和在线扩容、可扩展的资源自动调度 机制、多粒度的资源配额管理能力。 Kubernetes 还提供完善的管理工具，涵盖开发、部署测试、运维监控等各个环节。 5 www Kubernetes特性： 自动装箱：构建于容器之上，基于资源依赖和其他约束自动完成容器部署。 自我修复：容器故障后自动重启、节点故障后重新调度容器，以及容器自我修复机制。 水平扩展：通过简单明了实现水平扩展，基于CPU等资源负载率的自动水平扩展。 服务发现和负载均衡：实现内部负载均衡可以实现服务访问负载。 自动发布和回滚：可以自动实现版本的发布和回滚。 秘钥和配置管理：对于密码等信息，专门提供了Secert对象为其解耦。 ），如有需要，一样可以实现容器故障后修复。 Kubernetes特点： 可移植: 支持公有云，私有云，混合云，多重云（multi-cloud） 可扩展: 模块化, 插件化, 可挂载, 可组合 自动化: 自动部署，自动重启，自动复制，自动伸缩/扩展 6 www.h3c.com Confidential 秘密 66 Kubernetes基础结构介绍 Kubernetes架构： 7 www.h3c

防部在 2023 年 2 月又发布了《国防云战略路线图》，该路线图明确定义了到 2025 年 的云愿景和战略成果，提供了建立国防云的实施路径，大力推动云 计算在英国国防现代化转型变革中的应用与扩展,明确了云是实现国 防数字骨干和数据战略的关键推动因素。澳大利亚明确云计算是推 进产业数字化转型的必由之路，在 2021 年 12 月份先后更新和发布 了其“数字政府”战略和首个《2023-2025 持 续交织发展放大赋能效用，以满足多样化用户群体的个性需求。云 计算充分发挥数字基础设施作用，全球厂商正积极基于云底座提供 全新的大数据、区块链、人工智能服务。2022 年谷歌提出开放、可 扩展的“数据云”愿景，构建信息统一化的“数据云”平台。百度 智能云践行“云智一体”发展路线，充分结合 AI 能力与自身云基础 设施能力，发布全栈自研的 AI 大底座。 安全防护方面，云原生安全成为厂商抢占市场的新赛道。近年 术架构和运营管理模式，为云时代的软件工作组织提供应用交付和 管理服务。平台工程师提炼出一套可复用的组件服务和业务流程， 工程化运作成为平台产品，平台产品随着组织变化而演进，其各个 组件可根据实际使用情况来升级扩展。这类集成产品通常被称为内 部开发者平台，是工程团队已经部署的技术和工具之上的全新一层。 演进路线方面，容器云平台为开发者构建和运行分布式应用带来了 便利，但同时将复杂资源暴露给了开发者，知识门槛高，并且开发