中间件云原生利器：Operator，Operator是什么？

现在已经涌现一批新的在云原生背景下重新架构设计的中间件，即云原生中间件。这类中间件充分利用了云的特性，采用微服务架构设计，并且计算存储分离，支持容器化部署，可实现自动化运维。计算层和数据层都提供水平弹性扩缩容的支持。云原生中间件能很好的结合Serverless提供自动弹性扩缩容。

但是这些新的云原生中间件很难短时间内覆盖到企业项目中，企业走云原生这条道路，还需要考虑传统中间件如何上云的问题。最需要解决的是如何容器化部署，以及自动化运维。这就不得不借助Operator了。

Operator简介以及学习方法

简单概括，Kubernetes Operator实际就是自定义资源（CRD）+ 自定义资源控制器（Controller）。

那么Operator是如何做到的呢？这需要我们对Kubernetes的架构和工作原理有所理解。

例如，我们部署一个微服务，需要我们先编写Deployment.yml，然后执行kubectl命令apply一下，实际就是kubectl工具调用API创建Deployment资源，然后Kubernetes的Deployment资源控制器会监听到Deployment资源的创建，然后调度和创建Pod。

这里要说到client-go，client-go实际也是Kubernetes内置的资源控制器的底层sdk。可以获取、监听、创建、删除Kubernetes上的Pod、Service、Ingress等内置资源，以及自定义资源。

控制器通常是基于监听机制实现调谐逻辑，例如通过监听Pod资源删除，查询当前Pod数量，可以创建新的Pod保持期望的Pod数量。

常见的Operator-SDK，Kubebuilder工具，其底层都是对controller-runtime的封装，更底层就是基于client-go实现API操作资源。而controller-runtime框架是社区基于client-go之上封装的一个控制器处理的框架，方便我们开发Operator。

总结就是，Operator-SDK和Kubebuilder是开发Kubernetes Operator的脚手架工具，controller-runtime是开发Operator的框架，client-go则是框架的底层。

对于入门者，屏蔽低层不谈反而容易让人蒙圈，建议初学者在学习Operator-SDK或Kubebuilder之前，应该先学习了解Kubernetes的整个架构、工作原理，学习了解Kubernetes的API，然后学习了解client-go、controller-runtime。

为什么中间件云原生需要Operator

中间件的部署往往很复杂，不像业务服务大多数是无状态服务，不需要过多的运维操作。

例如部署Redis Cluster，不同节点不同配置，且启动有顺序要求，然后配置集群节点之间相互发现，为master节点分配槽位，配置主从节点交叉复制等。当然还有后续的运维操作，例如添加新的节点，移除一个节点，故障节点的恢复等。

以往我们的做法是将这一系列运维操作记录到文档，每次都根据这个文档去重复做这些操作，过程越复杂，过程中就越容易遗漏步骤或是出错。

想要实现将这类中间件部署到k8s上，并不能只靠StatefulSet就能实现，而Operator就能让我们将这些运维操作都用代码来实现，让这类中间件也能部署到k8s上。

中间件云原生改造一定需要Operator吗？

中间件容器化部署的几种形式：

1. Operator通过自定义CR维护中间件的Deployment、Service等，并维护自定义CR的Status。（有状态应用）
2. Operator与中间件部署在同一个容器中，同一个Deployment，但存在自定义CR。例如网关可能存在路由配置CR，Operator将路由配置CR转为网关可读取的json/yaml配置文件，并放到网关进程读取配置文件的目录下。（无状态应用）
3. 直接将中间件部署打包Helm Chart，不需要Operator，不存在自定义CR。（无状态应用）

中间件容器化部署几种形式的优缺点：

1. 需要额外部署Operator本身，有资源开销。
2. 不需要额外资源部署Operator，Operator和中间件共用资源。
3. 不存在Operator。

我们需要根据中间件具体架构和人工部署流程决定使用何种方式，建议：

• 如果中间件已经支持容器化部署，且人工部署除了配置没有其它运维特性，就可以直接打包成chart部署，不需要实现Operator。
• 如果中间件是无状态的，且支持多租户运行时不重启接入，或者需要处理如TLS证书过期自动更新等运维特性，可以实现轻量的Operator，用于处理这部分运维特性。
• 如果中间件需要非常复杂的运维特性（通常为有状态中间件），再选择实现Operator部署中间件。