如何在GO语言中使用Kubernetes API？

Rancher Labs首席软件工程师Alena Prokharchyk受邀在2017年12月6-8日的CNCF主办的Kubernetes领域顶级盛会KubeCon + CloudNativeCon 2017北美峰会上进行演讲，本文由演讲内容整理而成。

随着Kubernetes越来越受欢迎，围绕它的集成和监控服务的数量也在不断增长。Golang编写的所有此类服务的关键组件是kubernetes / client-go——一个用于与Kubernetes集群API通信的软件包。在本文中，我们将讨论client-go使用的基本知识，以及如何为开发人员节约编写实际应用程序逻辑所需的时间。我们还将展示使用该软件包的最佳实践，并从每天与Kubernetes进行集成工作的开发人员的角度，分享我们已有的经验。内容将包括：

集群中的客户端认证 vs. 集群外的客户端认证
基本列表，使用client-go去创建和删除Kubernetes对象的操作
如何使用ListWatch和Informers监视K8s事件并做出反应
如何管理软件包依赖

Kubernetes是一个平台

Kubernetes有很多受欢迎的地方。用户喜欢它的丰富功能、稳定性和性能。对贡献者来说，Kubernetes开源社区不仅规模庞大，还易于上手、反馈迅速。而真正让Kubernetes吸引了第三方开发者的是它的可扩展性。该项目提供了很多方式来添加新功能、扩展现有功能而且不会中断主代码库。正是这些，使得Kubernetes发展成为了一个平台。
这里有一些方式来扩展Kubernetes：

上图所示，你可以发现每个Kubernetes集群组件无论是Kubelet还是API服务器，都可以以某种方式进行扩展。今天我们将重点介绍一种“自定义控制器”的方式，从现在起我将它称为Kubernetes控制器(Kubernetes Controller)，或者简单地称为控制器(Controller)。

Kubernetes控制器究竟是什么？

控制器最常见的定义是：使得系统的当前状态达到所期望的状态的代码。但这究竟是什么意思呢？我们以Ingress控制器为例。Ingress是一个Kubernetes资源，它能够对集群中服务的外部访问进行定义。通常采用HTTP并且有负载均衡支持。然而Kubernetes的核心代码中并没有ingress的实现。第三方控制器的实现将包含：
1.监控ingress/services/endpoint 资源的事件(创建、更新、删除)
2.程序内部或外部的负载均衡器
3.使用负载均衡器的地址来更新Ingress
“所期望的状态”在Ingress这里指的是IP地址指向运行着的负载均衡器，该均衡器由用户根据ingress规范定义的规则实现。并且由外部Ingress控制器负责将ingress资源转移到这一状态。
对相同的资源，控制器的实现以及部署他们的方式也可能会有所不同。你可以选择Nginx控制器并将其部署到集群中的每个节点上作为守护进程集(Daemon Set)，也可以选择在Kubernetes集群外部运行ingress控制器并且对F5编程作为负载均衡器。这里没有严格的规定，Kubernetes就是如此灵活。

Client-go

这里有几种获得Kubernetes集群及其资源相关信息的方法，你可以使用Dashboard、kubectl或者使用对Kubernetes API的编程式访问来实现。Client-go所有用Go语言编写的工具中使用最为广泛的库，还有许多其他语言的版本(java、python等)。如果你还没自己写过控制器，我推荐你首先去尝试go/client-go。Kubernetes是用Go编写的，而且我发现使用和主项目相同的语言来开发插件会更加方便。

我们来搭建吧…

要熟悉相关的平台和工具，最好的办法就是去实践，去实现一些东西。我们从简单入手，先实现一个如下的控制器：
1.监控Kubernetes节点
2.当节点上的镜像占用存储空间时进行警报，并且可以更改
这部分的实现，源码可以在这里找到：https://github.com/alena1108/...

基本流程

配置项目

作为一名开发者，我和Rancher Labs的同事们更愿意使用轻便简易的工具，在这里我将分享3个我最喜欢的工具，它们将帮助我们完成第一个项目。
1.go-skel – Go语言的微服务skeleton，只需执行run ./skel.sh test123即可，它会为新的go项目test123创建skeleton。
2.trash – Go语言的供应商管理工具。实际上这儿有很多依赖项管理工具，但是在临时依赖项管理方面，trash使用起来非常出色，而且简单。
3.dapper – 在一致性环境中对任何现有构建工具进行封装的一种工具

添加client-go作为一个依赖项

为了方便使用client-go的代码，我们必须要将其设置为项目的依赖项。将它添加到vendor.conf文件中：

接着运行trash。它会将vendor.conf中定义的所有依赖项都拉到项目的vendor文件夹中。在这里需要确保client-go与你集群对应的Kubernetes版本是兼容的。

创建一个客户端

在创建与Kubernetes API通信的客户端之前，我们必须要先决定如何运行我们的工具：是在Kubetnetes集群内部还是外部。当应用程序在集群内部运行时，对它进行容器化，部署成为Kubernetes pod。它还提供了一些额外的功能：你可以选择部署它的方式（Deamon set运行在每个节点上，或者作为n个副本的部署），配置针对它的健康检查等等。当应用程序在集群外部运行时，就需要自己来管理它。下面的配置可以让我们的工具变得更灵活，并且支持基于config flag定义客户端的两种方式：

我们将在调试应用程序时使用集群外部运行的方式，这样你不需要每次都构建镜像并且将其重新部署成Kubernetes pod。在测试好应用程序后，我们就可以构建镜像并将其部署到集群中。
正如在截图中看到的那样，正在构建配置，并将其传递到kubernetes.NewForConfig来生成客户端。

使用基本的CRUDs

我们的工具需要监控节点。在实现逻辑流程之前，我们先来熟悉使用client-go执行CRUD操作：

上面的截图展示了：
1.List节点minikube，是经过FieldSelector过滤器实现的
2.用新的标注来更新节点
3.使用gracePerios=10秒指令删除节点—意思是从该命令执行后10秒才会执行删除操作
上面所有的步骤都是使用我们之前创建的用户集(clientset)进行的。
我们还需要节点上镜像的相关信息；它可以通过访问相应的字段来检索：

使用Informer来进行监控/通知

现在我们知道了如何从Kubernetes APIs中获取节点并从中得到镜像信息。那么我们该如何监控镜像大小的变化呢？最简单的方法是周期性轮询节点，计算当前的镜像存储容量，并将其和先前轮询的结果比较。这里的不足之处在于：无论节点是否发生变化，我们执行的列表调用都会获取所有的节点，这可能会很费资源——特别是当轮询间隔很短的时候。而我们真正想要实现的是—在节点发生变化时得到通知，只有在这之后才执行我们的逻辑流程。这些就是client-go的Informer来做的。

在这个例子中，我们经过watchList指令为节点对象创建Informer来监控节点，设置对象类型为api.Node和30秒的同步周期来周期性地轮询节点，无论节点是否发生改变——这种方式在更新事件出于某种原因发生终止时可以很好的进行撤回。在最后一个参数，我们传递了2个回调函数——handleNodeAdd和handleNodeUpdate。这些回调函数具有实际的逻辑，并且在节点上的镜像占用存储发生改变时触发。NewInformer返回2个对象——controller和store。一旦controller启动，将会开始对node.update和node.add的监控，并且调用回调函数。这部分代码的存储区位于内存缓存中，由informer负责更新，另外你可以在缓存区中获取节点对象而不用直接调用Kubernetes APIs：

我们的项目中只有一个控制器，使用常规的Informer就足够了。不过，如果未来你的项目最终同一个对象拥有了多个控制器，我建议你使用SharedInformer。这样一来你不用再一个一个为每个控制器配上Informer，只需要注册一个Shared informer即可，并且让每个控制器注册自己的一组回调函数，返回共享缓存，这可以减少内存占用：

部署时间

是时候来部署和测试代码了！对于第一次运行，我们只需要创建一个go的二进制文件并且在集群外模式下运行它即可：

如要更改消息输出，那么使用镜像部署一个pod，该镜像是没有在当前节点显示的镜像。
在基本的功能通过测试之后，接下来就是按照集群模式尝试运行它了。为此我们必须先创建镜像，定义它的Dockerfile：

并使用docker build创建一个镜像，该命令将生成一个可用在Kubernetes中部署pod的镜像。现在你的应用程序可以作为一个pod运行在Kubernetes集群上了。这里是一个部署定义的例子，在之前的截图中，我使用了该例部署我们的应用程序：

在本文中我们做了如下工作：
1.创建go项目
2.为项目添加client-go包的依赖项
3.创建用于和Kubernetes api通信的客户端
4.定义一个用于监控节点对象改变，并且一旦发生就执行回调函数的Informer
5.在回调函数中实现一个实际的逻辑
6.在集群外运行二进制文件来测试代码，并把它部署到集群中