kubebuilder with controller-runtime解读

背景

kubebuilder可以一键帮我们生成一个operator工程。具体是如何实现的呢?kubebuilder主要借助了k8s的另一个开源项目controller-runtime。下图中可以大体看出operator、controller-runtime、informer、kube-apiserver的关系

image.png

operator工程代码分析

1. 我们从下往上看,controller-runtime如何创建一个informer, 可以看出是使用了client-go的cache包。
.\controller-runtime\pkg\cache\internal\informers.go

import
(
"k8s.io/client-go/tools/cache"
)
func NewInformers(config *rest.Config, options *InformersOpts) *Informers {
    newInformer := cache.NewSharedIndexInformer

1.1 通过informers构造listwacher
.\controller-runtime\pkg\cache\internal\informers.go

// groupVersionKind to the Resource API we will use.
mapping, err := ip.mapper.RESTMapping(gvk.GroupKind(), gvk.Version)
if err != nil {
    return nil, err
}
...
    default:
        client, err := apiutil.RESTClientForGVK(gvk, false, ip.config, ip.codecs, ip.httpClient)
        if err != nil {
            return nil, err
        }
        listGVK := gvk.GroupVersion().WithKind(gvk.Kind + "List")
        listObj, err := ip.scheme.New(listGVK)
        if err != nil {
            return nil, err
        }
        return &cache.ListWatch{
            ListFunc: func(opts metav1.ListOptions) (runtime.Object, error) {
                // Build the request.
                req := client.Get().Resource(mapping.Resource.Resource).VersionedParams(&opts, ip.paramCodec)
                if namespace != "" {
                    req.Namespace(namespace)
                }

                // Create the resulting object, and execute the request.
                res := listObj.DeepCopyObject()
                if err := req.Do(ip.ctx).Into(res); err != nil {
                    return nil, err
                }
                return res, nil
            },
            // Setup the watch function
            WatchFunc: func(opts metav1.ListOptions) (watch.Interface, error) {
                // Build the request.
                req := client.Get().Resource(mapping.Resource.Resource).VersionedParams(&opts, ip.paramCodec)
                if namespace != "" {
                    req.Namespace(namespace)
                }
                // Call the watch.
                return req.Watch(ip.ctx)
            },
        }, nil

2. 给informer绑定hander钩子函数,如下Kind对象Type参数即用户的crd,会在NewControllerManagedBy时传入。
.\controller-runtime\pkg\internal\source\kind.go

func (ks *Kind[object, request]) Start(){
...
  _, err := i.AddEventHandler(NewEventHandler(ctx, queue, ks.Handler,     
 ks.Predicates).HandlerFuncs())
...
}

2.1 真正的钩子函数ks.Handler里, 即如下文件中的EventHandler,文件中可以看到有OnAdd、OnUpdate、OnDelete方法。

.\controller-runtime\pkg\internal\source\event_handler.go

2.2 从钩子函数的实现看在函数结束时会执行predicates对事件进行过滤,而predicates事件处理可以在ctrl.NewControllerManagedBy().WithEventFilter()进行配置

func (r *KrouterReconciler) SetupWithManager(mgr ctrl.Manager) error {
    return ctrl.NewControllerManagedBy(mgr).
        Named("krouter-controller").
        For(&kroutersalpha1.Krouter{}).
        // Owns(&kroutersalpha1.Krouter{}).
        WithEventFilter(predicate.Funcs{
            UpdateFunc: func(e event.UpdateEvent) bool {
                log.Log.Info("update event: resource version:" + e.ObjectNew.GetResourceVersion() + " old version:" + e.ObjectOld.GetResourceVersion() + "name:" + e.ObjectNew.GetName() + " namespace:" + e.ObjectNew.GetNamespace())
                return true
            },
        }).
        Complete(r)
}

2.3. EventHandler代码中可以看到消息经过处理后塞进了EventHandler的queue里

3. 对queue里的事件进行消费
调协函数Reconcile(ctx context.Context, req ctrl.Request) ,kubebuilder已经帮我们生成好了
.\krouters\internal\controller\krouter_controller.go

3.1 调协函数再哪里触发工作的呢,如下代码可以看出,在控制器Start里会开启协程持续对队列进行消费
.\controller-runtime\pkg\internal\controller\controller.go

func (c *Controller[request]) Start(ctx context.Context) error {
...
        wg.Add(c.MaxConcurrentReconciles)
        for i := 0; i < c.MaxConcurrentReconciles; i++ {
            go func() {
                defer wg.Done()
                // Run a worker thread that just dequeues items, processes them, and marks them done.
                // It enforces that the reconcileHandler is never invoked concurrently with the same object.
                for c.processNextWorkItem(ctx) {
                }
            }()
        }
...
func (c *Controller[request]) processNextWorkItem(ctx context.Context) bool {
    obj, shutdown := c.Queue.Get()
    if shutdown {
        // Stop working
        return false
    }

    // We call Done here so the workqueue knows we have finished
    // processing this item. We also must remember to call Forget if we
    // do not want this work item being re-queued. For example, we do
    // not call Forget if a transient error occurs, instead the item is
    // put back on the workqueue and attempted again after a back-off
    // period.
    defer c.Queue.Done(obj)

    ctrlmetrics.ActiveWorkers.WithLabelValues(c.Name).Add(1)
    defer ctrlmetrics.ActiveWorkers.WithLabelValues(c.Name).Add(-1)

    c.reconcileHandler(ctx, obj)
    return true
}

3.2 reconcileHandler函数里会对object进行消费或者重新入队, 实现中可以看出,除了重新入队还有做一些记录监控指标的操作,在用户返回的result.RequeueAfter>0时,会等待后再入到队列里。
.\controller-runtime\pkg\internal\controller\controller.go

result, err := c.Reconcile(ctx, req)
    switch {
    case err != nil:
        if errors.Is(err, reconcile.TerminalError(nil)) {
            ctrlmetrics.TerminalReconcileErrors.WithLabelValues(c.Name).Inc()
        } else {
            c.Queue.AddRateLimited(req)
        }
        ctrlmetrics.ReconcileErrors.WithLabelValues(c.Name).Inc()
        ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelError).Inc()
        if !result.IsZero() {
            log.Info("Warning: Reconciler returned both a non-zero result and a non-nil error. The result will always be ignored if the error is non-nil and the non-nil error causes reqeueuing with exponential backoff. For more details, see: https://pkg.go.dev/sigs.k8s.io/controller-runtime/pkg/reconcile#Reconciler")
        }
        log.Error(err, "Reconciler error")
    case result.RequeueAfter > 0:
        log.V(5).Info(fmt.Sprintf("Reconcile done, requeueing after %s", result.RequeueAfter))
        // The result.RequeueAfter request will be lost, if it is returned
        // along with a non-nil error. But this is intended as
        // We need to drive to stable reconcile loops before queuing due
        // to result.RequestAfter
        c.Queue.Forget(req)
        c.Queue.AddAfter(req, result.RequeueAfter)
        ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelRequeueAfter).Inc()
    case result.Requeue:
        log.V(5).Info("Reconcile done, requeueing")
        c.Queue.AddRateLimited(req)
        ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelRequeue).Inc()
    default:
        log.V(5).Info("Reconcile successful")
        // Finally, if no error occurs we Forget this item so it does not
        // get queued again until another change happens.
        c.Queue.Forget(req)
        ctrlmetrics.ReconcileTotal.WithLabelValues(c.Name, labelSuccess).Inc()
    }
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