10.2 声明式管理的本质

Kubernetes 与其他基础设施的最大不同是，它是基于声明式管理的系统。很多人容易将“声明式风格的 API”和“声明式管理”混为一谈，这实际上是对声明式管理缺乏正确认识。想要真正理解声明式管理，首先需要弄清楚 Kubernetes 的控制器模式。

10.1.1 控制器模式

分析 Kubernetes 的工作原理可以发现，无论是 kube-scheduler 调度 Pod，还是 Deployment 管理 Pod 部署，亦或是 HPA 执行弹性伸缩，它们的整体设计都遵循“控制器模式”。

例如，用户定义一个 Deployment 资源，指定运行的容器镜像和副本数量。Deployment 控制器根据这些定义，在 Kubernetes 节点上创建相应的 Pod，并持续监控它们的运行状态。如果某个副本 Pod 异常退出，控制器会自动创建新的 Pod，确保系统的“实际状态”始终与用户定义的“预期状态”（如 8 个副本）保持一致。

:::center 10.2 声明式管理的本质 - 图1
图 10-1 Kubernetes 的控制器模式 :::

总结控制器模式的核心是，用户通过 YAML 文件定义资源的“预期状态”，然后“控制器”监视资源的实际状态。当实际状态与预期状态不一致时，控制器会执行相应操作，确保两者一致。在 Kubernetes 中，这个过程被称为“调谐”（Reconcile），即不断执行“检查 -> 差异分析 -> 执行”的循环。

调谐过程的存在，确保了系统状态始终向预期终态收敛。这个逻辑很容易理解：系统在第一次提交描述时达到了期望状态，但这并不意味着一个小时后的情况也是如此。

所以说，声明式管理的核心在于“调谐”，而声明式风格的 API 仅仅是一种对外的交互方式。

10.1.2 基础设施即数据思想

“控制器模式”体系的理论基础，是一种叫做 IaD（Infrastructure as Data，基础设施即数据）的思想。

IaD 思想主张，基础设施的管理应该脱离特定的编程语言或配置方式，而采用纯粹、格式化、系统可读的数据，描述用户期望的系统状态。这种思想的优势在于，对基础设施的所有操作本质上等同于对数据的“增、删、改、查”。更重要的是，这些操作的实现方式与基础设施本身无关，不依赖于特定编程语言、协议或 SDK，只要生成符合格式要求的“数据”，便可以“随心所欲”地采用任何你偏好的方式管理基础设施。

IaD 思想在 Kubernetes 上的体现，就是执行任何操作，只需要提交一个 YAML 文件，然后对 YAML 文件增、删、查、改即可，而不是必须使用 Kubernetes SDK 或者 Restful API。这个 YAML 文件其实就对应了 IaD 中的 Data。从这个角度来看，Kubernetes 暴露出来的各种 API 对象，本质是一张张预先定义好 Schema 的“表”（table）（见表 10-1 ）。唯一跟传统数据库不太一样的是，Kubernetes 并不以持久化这些数据为目标，而是监控数据变化驱动“控制器”执行相应操作。

:::center 表 10-1 Kubernetes 是个“数据库” :::

关系型数据库 Kubernetes (as a database) 说明
DATABASE cluster 一套 K8s 集群就是一个 database
TABLE Kind 每种资源类型对应一个表
COLUMN property 表里面的列，有 string、boolean 等多种类型
rows resources 表中的一个具体记录

本质上，Kubernetes v1.7 版本引入的 CRD（自定义资源定义）功能，其实是赋予用户管理自定义“数据”、将特定业务需求抽象为 Kubernetes 原生对象的能力。

例如，可以通过 CRD 定义持续交付领域中的 Task（任务）和 Pipeline（流水线）。这意味着，用户完全可以在 Kubernetes 的基础上，利用其内置能力扩展出一套全新的 CI/CD 系统。

  1. apiVersion: tekton.dev/v1beta1
  2. kind: Task
  3. metadata:
  4.   name: example-task
  5. spec:
  6.   steps:
  7.     - name: echo-hello
  8.       image: alpine:3.14
  9.       script: |
  10.         #!/bin/sh
  11.         echo "Hello, Tekton!"

借助 CRD，工程师可以突破 Kubernetes 内置资源的限制，根据需求创建自定义资源类型，如数据库、CI/CD 流程、消息队列或数字证书等。配合自定义控制器，特定的业务逻辑和基础设施能力可以无缝集成到 Kubernetes 中。

最终，云原生生态圈那些让人兴奋的技术，通过插件、接口、容器设计模式、Mesh 形式，以“声明式管理”为基础下沉至 Kubernetes 中，并通过声明式 API 暴露出来。虽然 Kubernetes 的复杂度不断增加，但声明式 API 的优势在于，它能确保在基础设施复杂度指数级增长的同时，用户交互界面的复杂度仅以线性方式增长。否则的话，Kubernetes 早就变成一个既难学又难用的系统了。