如何在GO語言中使用Kubernetes API？

Rancher Labs首席軟體工程師Alena Prokharchyk受邀在2017年12月6-8日的CNCF主辦的Kubernetes領域頂級盛會KubeCon + CloudNativeCon 2017北美峰會上進行演講，本文由演講内容整理而成。

随着Kubernetes越來越受歡迎，圍繞它的內建和監控服務的數量也在不斷增長。Golang編寫的所有此類服務的關鍵元件是kubernetes / client-go——一個用于與Kubernetes叢集API通信的軟體包。在本文中，我們将讨論client-go使用的基本知識，以及如何為開發人員節約編寫實際應用程式邏輯所需的時間。我們還将展示使用該軟體包的最佳實踐，并從每天與Kubernetes進行內建工作的開發人員的角度，分享我們已有的經驗。内容将包括： 

●  叢集中的用戶端認證 vs. 叢集外的用戶端認證

●   基本清單，使用client-go去建立和删除Kubernetes對象的操作

●  如何使用ListWatch和Informers監視K8s事件并做出反應

●  如何管理軟體包依賴

Kubernetes是一個平台

Kubernetes有很多受歡迎的地方。使用者喜歡它的豐富功能、穩定性和性能。對貢獻者來說，Kubernetes開源社群不僅規模龐大，還易于上手、回報迅速。而真正讓Kubernetes吸引了第三方開發者的是它的可擴充性。該項目提供了很多方式來添加新功能、擴充現有功能而且不會中斷主代碼庫。正是這些，使得Kubernetes發展成為了一個平台。

這裡有一些方式來擴充Kubernetes：

上圖所示，你可以發現每個Kubernetes叢集元件無論是Kubelet還是API伺服器，都可以以某種方式進行擴充。今天我們将重點介紹一種“自定義控制器”的方式，從現在起我将它稱為Kubernetes控制器(Kubernetes Controller)，或者簡單地稱為控制器(Controller)。

Kubernetes控制器究竟是什麼？

控制器最常見的定義是：使得系統的目前狀态達到所期望的狀态的代碼。但這究竟是什麼意思呢？我們以Ingress控制器為例。Ingress是一個Kubernetes資源，它能夠對叢集中服務的外部通路進行定義。通常采用HTTP并且有負載均衡支援。然而Kubernetes的核心代碼中并沒有ingress的實作。第三方控制器的實作将包含：

1.      監控ingress/services/endpoint 資源的事件(建立、更新、删除)

2.      程式内部或外部的負載均衡器

3.      使用負載均衡器的位址來更新Ingress

“所期望的狀态”在Ingress這裡指的是IP位址指向運作着的負載均衡器，該均衡器由使用者根據ingress規範定義的規則實作。并且由外部Ingress控制器負責将ingress資源轉移到這一狀态。

對相同的資源，控制器的實作以及部署他們的方式也可能會有所不同。你可以選擇nginx控制器并将其部署到叢集中的每個節點上作為守護程序集(Daemon Set)，也可以選擇在Kubernetes叢集外部運作ingress控制器并且對F5程式設計作為負載均衡器。這裡沒有嚴格的規定，Kubernetes就是如此靈活。

Client-go

這裡有幾種獲得Kubernetes叢集及其資源相關資訊的方法，你可以使用Dashboard、kubectl或者使用對Kubernetes API的程式設計式通路來實作。Client-go所有用Go語言編寫的工具中使用最為廣泛的庫，還有許多其他語言的版本(java、python等)。如果你還沒自己寫過控制器，我推薦你首先去嘗試go/client-go。Kubernetes是用Go編寫的，而且我發現使用和主項目相同的語言來開發插件會更加友善。

我們來搭建吧…

要熟悉相關的平台和工具，最好的辦法就是去實踐，去實作一些東西。我們從簡單入手，先實作一個如下的控制器：

1.      監控Kubernetes節點

2.      當節點上的鏡像占用存儲空間時進行警報，并且可以更改

基本流程

配置項目

作為一名開發者，我和Rancher Labs的同僚們更願意使用輕便簡易的工具，在這裡我将分享3個我最喜歡的工具，它們将幫助我們完成第一個項目。

1.      go-skel – Go語言的微服務skeleton，隻需執行run ./skel.sh test123即可，它會為新的go項目test123建立skeleton。

2.      trash – Go語言的供應商管理工具。實際上這兒有很多依賴項管理工具，但是在臨時依賴項管理方面，trash使用起來非常出色，而且簡單。

3.      dapper – 在一緻性環境中對任何現有建構工具進行封裝的一種工具

添加client-go作為一個依賴項

為了友善使用client-go的代碼，我們必須要将其設定為項目的依賴項。将它添加到vendor.conf檔案中：

接着運作trash。它會将vendor.conf中定義的所有依賴項都拉到項目的vendor檔案夾中。在這裡需要確定client-go與你叢集對應的Kubernetes版本是相容的。

建立一個用戶端

在建立與Kubernetes API通信的用戶端之前，我們必須要先決定如何運作我們的工具：是在Kubetnetes叢集内部還是外部。當應用程式在叢集内部運作時，對它進行容器化，部署成為Kubernetes pod。它還提供了一些額外的功能：你可以選擇部署它的方式（Deamon set運作在每個節點上，或者作為n個副本的部署），配置針對它的健康檢查等等。當應用程式在叢集外部運作時，就需要自己來管理它。下面的配置可以讓我們的工具變得更靈活，并且支援基于config flag定義用戶端的兩種方式：

我們将在調試應用程式時使用叢集外部運作的方式，這樣你不需要每次都建構鏡像并且将其重新部署成Kubernetes pod。在測試好應用程式後，我們就可以建構鏡像并将其部署到叢集中。

正如在截圖中看到的那樣，正在建構配置，并将其傳遞到kubernetes.NewForConfig來生成用戶端。

使用基本的CRUDs

我們的工具需要監控節點。在實作邏輯流程之前，我們先來熟悉使用client-go執行CRUD操作：

上面的截圖展示了：

1.      List節點minikube，是經過FieldSelector過濾器實作的

2.      用新的标注來更新節點

3.      使用gracePerios=10秒指令删除節點—意思是從該指令執行後10秒才會執行删除操作

上面所有的步驟都是使用我們之前建立的使用者集(clientset)進行的。

我們還需要節點上鏡像的相關資訊；它可以通過通路相應的字段來檢索：

使用Informer來進行監控/通知

現在我們知道了如何從Kubernetes APIs中擷取節點并從中得到鏡像資訊。那麼我們該如何監控鏡像大小的變化呢？最簡單的方法是周期性輪詢節點，計算目前的鏡像存儲容量，并将其和先前輪詢的結果比較。這裡的不足之處在于：無論節點是否發生變化，我們執行的清單調用都會擷取所有的節點，這可能會很費資源——特别是當輪詢間隔很短的時候。而我們真正想要實作的是—在節點發生變化時得到通知，隻有在這之後才執行我們的邏輯流程。這些就是client-go的Informer來做的。

在這個例子中，我們經過watchList指令為節點對象建立Informer來監控節點，設定對象類型為api.Node和30秒的同步周期來周期性地輪詢節點，無論節點是否發生改變——這種方式在更新事件出于某種原因發生終止時可以很好的進行撤回。在最後一個參數，我們傳遞了2個回調函數——handleNodeAdd和handleNodeUpdate。這些回調函數具有實際的邏輯，并且在節點上的鏡像占用存儲發生改變時觸發。NewInformer傳回2個對象——controller和store。一旦controller啟動，将會開始對node.update和node.add的監控，并且調用回調函數。這部分代碼的存儲區位于記憶體緩存中，由informer負責更新，另外你可以在緩存區中擷取節點對象而不用直接調用Kubernetes APIs：

我們的項目中隻有一個控制器，使用正常的Informer就足夠了。不過，如果未來你的項目最終同一個對象擁有了多個控制器，我建議你使用SharedInformer。這樣一來你不用再一個一個為每個控制器配上Informer，隻需要注冊一個Shared informer即可，并且讓每個控制器注冊自己的一組回調函數，傳回共享緩存，這可以減少記憶體占用：

部署時間

是時候來部署和測試代碼了！對于第一次運作，我們隻需要建立一個go的二進制檔案并且在叢集外模式下運作它即可：

如要更改消息輸出，那麼使用鏡像部署一個pod，該鏡像是沒有在目前節點顯示的鏡像。

在基本的功能通過測試之後，接下來就是按照叢集模式嘗試運作它了。為此我們必須先建立鏡像，定義它的Dockerfile：

并使用docker build建立一個鏡像，該指令将生成一個可用在Kubernetes中部署pod的鏡像。現在你的應用程式可以作為一個pod運作在Kubernetes叢集上了。這裡是一個部署定義的例子，在之前的截圖中，我使用了該例部署我們的應用程式：

在本文中我們做了如下工作：

1.      建立go項目

2.      為項目添加client-go包的依賴項

3.      建立用于和Kubernetes api通信的用戶端

4.      定義一個用于監控節點對象改變，并且一旦發生就執行回調函數的Informer

5.      在回調函數中實作一個實際的邏輯

6.      在叢集外運作二進制檔案來測試代碼，并把它部署到叢集中

本文轉自 RancherLabs 51CTO部落格，原文連結:http://blog.51cto.com/12462495/2074577